山東省自然科學一等獎得主、中科院海洋所王凡團隊：
追蹤“暖池”摸清厄爾尼諾“脾氣”
□青島日報／青島觀／青報網(wǎng)記者 李勛祥
西太平洋暖池，是全球最熱的海域，平均海溫高于28攝氏度，也由此成為東亞季風和厄爾尼諾現(xiàn)象的策源地。深入了解暖池溫度和鹽度結構（簡稱“熱鹽結構”）、變異機理，對于氣候變化的研究、科學認識和預測極其重要。
經(jīng)10年研究攻關，中科院海洋研究所王凡團隊完成“熱帶西太平洋暖池熱鹽結構與變異的關鍵過程和氣候效應”項目，不僅在世界范圍內(nèi)提高了對西太平洋暖池的認識，而且闡明了暖池溫鹽變異引起的氣候效應，據(jù)此發(fā)展出的新型氣候變化預報系統(tǒng)，顯著提高了對近年來厄爾尼諾事件的預報能力。這些成果，把西太平洋暖池的研究從二維階段推進到了三維階段，并初步奠定了我國在該領域的國際領跑地位。在剛剛召開的山東省科技創(chuàng)新大會上，該項目斬獲省自然科學一等獎。
深海潛標觀測，首次揭開西太平洋暖池完整面紗
自上世紀80年代以來，熱帶西太平洋海洋環(huán)流調(diào)查研究就成為國際海洋與氣候研究熱點區(qū)域，多個國家組織實施過規(guī)模不一的海上調(diào)查。王凡團隊在西太平洋暖池研究中最主要的科學突破，是在國際上首次把西太平洋暖池的三維熱鹽結構刻畫出來。
“以前的認識主要集中在表層海溫上，但深層的溫度、鹽度和海流結構都不清楚。這主要是由于對暖池的直接測量資料極為匱乏，因此對暖池特征和變化機理都缺乏深入認知?！蓖醴矆F隊成員、中國科學院海洋研究所研究員李元龍說，“我們先后組織了3次大規(guī)模調(diào)查，在西太平洋暖池投放兩套深海測流潛標，實現(xiàn)對暖池核心的全深度觀測，獲取了溫度、鹽度和海流的同步連續(xù)資料。”在西太平洋暖池投放的兩套深海潛標，后來發(fā)展成為由20多套潛標組成的中科院潛標觀測網(wǎng)，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資料的實時化傳輸。這個觀測網(wǎng)的規(guī)模在國際上也屬罕見，被權威學術期刊《自然》贊譽為“鄭和下西洋600年后又一壯舉”。
通過投放潛標，分析相應數(shù)據(jù)，王凡團隊在暖池內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了新的水團并命名為“北太平洋熱帶次表層水”。與此同時，他們還發(fā)現(xiàn)了豐富的中小尺度熱鹽結構。根據(jù)這些研究，最終清晰刻畫出了西太平洋暖池完整的三維熱鹽結構，從而把對西太平洋暖池的科學研究從二維階段推進到了三維階段，在世界范圍內(nèi)提高了對西太平洋暖池和氣候變化的認識。
搞清我國華南秋季嚴重干旱原因，彌補經(jīng)典理論不足
一般來說，當厄爾尼諾事件發(fā)生時，我國降水總體上會呈現(xiàn)“南北多、中間少”的空間分布，澇重于旱。然而，在2009年發(fā)生的中部型厄爾尼諾事件中，我國南方卻出現(xiàn)了嚴重秋季干旱和糧食減產(chǎn)現(xiàn)象。對此，經(jīng)典厄爾尼諾理論無法解釋。
“在理解和認識西太平洋暖池結構的基礎上，我們集中研究了這次干旱的原因?！崩钤埥榻B，通過資料分析，發(fā)現(xiàn)中部型厄爾尼諾事件對太平洋增暖位置極為敏感，增暖位置越靠西越容易造成干旱。他們利用大氣環(huán)流模式實驗，最終闡釋了暖池海溫異常增暖造成我國華南秋季嚴重干旱的機理?！敖Y果表明，暖池海溫的增暖才是我國南方秋季干旱的主要原因?！?/p>
這項重要的科學發(fā)現(xiàn)，揭示了暖池溫鹽變異對厄爾尼諾現(xiàn)象和我國華南降水變化的重要影響。由暖池溫鹽變異引起的氣候效應調(diào)查研究表明：西太平洋暖池鹽度變化能夠影響厄爾尼諾事件的發(fā)展，而海溫變化則影響我國華南降水。
這個發(fā)現(xiàn)不僅彌補經(jīng)典厄爾尼諾理論的不足，而且為東亞氣候變化的研究和改善我國降水預報提供了新思路，對于華南西部夏秋季水庫庫容管理也有重要指導意義。
正常年份和東部型厄爾尼諾事件發(fā)生時，西南地區(qū)夏季和秋季降水均較多，夏季水庫就不應儲水較多；而當中部型厄爾尼諾事件發(fā)生時，秋季干旱會導致水庫儲水不足，為避免這個問題應提前在夏季增加儲水量。
將厄爾尼諾有效預報提前半年以上，是全球最準確的預報模式之一
多年來，對厄爾尼諾事件的準確預報一直是一個科學難題?！岸驙柲嶂Z事件的影響比較容易推算出來，最難的環(huán)節(jié)是預報厄爾尼諾能不能發(fā)生?！崩钤堈f。比如，在2014年，國際上幾乎所有的主要科研機構都預報說會發(fā)生厄爾尼諾，但卻沒有發(fā)生；2015年，當大家?guī)缀醵碱A報不會發(fā)生時，卻發(fā)生了史上最強的厄爾尼諾事件之一。
通常，厄爾尼諾事件可以在提前三到四個月精準預報，但提前半年就很困難。王凡團隊根據(jù)對西太平洋暖池結構的認識、變異機理的把握，在預報模式中加入了海洋鹽度模塊，發(fā)展出了新型的氣候變化預報系統(tǒng)，在保證準確率的同時，把有效預報的時間提前到半年甚至更早。
令人欣喜的是，王凡團隊對近年來幾乎所有的厄爾尼諾事件的預報都取得了成功。據(jù)悉，新系統(tǒng)提前9個月以上成功地預報出2015年厄爾尼諾事件的爆發(fā)、發(fā)展過程及其強度。滾動預測結果保持穩(wěn)定，從2015年3月份至2016年1月份的預測結果與實際的觀測演變完全相符。
目前，該預報系統(tǒng)已經(jīng)進入常規(guī)化業(yè)務應用階段，預報結果多次被中辦／國辦、國家海洋局、國家氣候中心、國家海洋環(huán)境預報中心和軍方業(yè)務部門采用。
業(yè)界認為，該項目的科研成果，加強了我國在相關學界領域的國際影響力和話語權，推動了由我國發(fā)起并主導的“西北太平洋海洋氣候實驗”（NPOCE）計劃的實施，初步奠定了我國在西太平洋暖池研究領域從“跟跑”到“領跑”的轉變。
