《热带西太平洋暖池热盐结构与变异的关键过程和气候效应》

热带西太平洋暖池(简称暖池)是全球海洋中最大的暖水团,是驱动大气环流和亚洲季风的主要热源,对全球和中国气候变化具有深刻的影响。暖池的热盐结构和变异机理是近三十年来国际物理海洋学最重要研究课题之一,而暖池对气候变化的影响则是气候学的前沿热点问题。针对以上科学问题和国家“走向深海大洋,应对气候变化”的宏观战略需求,王凡等人启动并实施了国内第一个大型暖池研究项目。经过多年积极探索,清晰刻画出了暖池的三维温盐结构,发现了一个重要的新水团,系统阐释了暖池热盐变异的物理机制,创新性地揭示了暖池热盐变异对ENSO循环和中国南方降水的重要影响,发展出了涵盖盐度反馈过程的新型同化预报系统,显著提高了对ENSO事件的预报水平。这些成果有力推动了由中国发起并主导的NPOCE计划的实施,初步确立了中国在热带西太平洋暖池研究领域的国际领跑地位,为后续开展更大规模西太平洋科学研究、提升中国的海洋与气候预测能力、实施“一带一路”倡议发挥了重要的先导作用。

先后组织了3次大型调查航次,在暖池核心区成功布放2套深海潜标,实现了温、盐、海流同步连续观测,为后续西太平洋实时化观测阵列的建立奠定了基础。清晰刻画出了暖池的三维环流和温盐结构,厘清了暖池主要水团的分布、扩散路径和相互作用过程,发现了丰富的小尺度热盐结构。在暖池区域发现并命名了新的温跃层水团“北太平洋次表层水”,该水团呈现出独特的低盐度、高位势涡度特征,起到维持海洋锋面、阻碍南北半球水交换的重要作用。

率先将能够反映温度和盐度综合效应的涩度(spiciness)概念应用到暖池研究中,成功量化了暖池次表层热盐低频变异特征,厘清了风生海洋环流变异的驱动作用和湍流混合的抑制作用。通过改进涡旋三维合成方法,揭示了中尺度涡旋对暖池北部次表层温盐变异的显著作用。披露了副热带-热带温盐信号传递的太平洋内区通道,指出其与近年来频繁发生的中部型厄尔尼诺事件的密切关系。这些成果加深了学界对暖池次表层温盐变异的理解。

揭示了暖池盐度变异在ENSO循环中的重要作用,发现盐度异常可以通过改变海洋层结显著影响海气相互作用,为ENSO事件的发展提供了一个正反馈机制,有助于提高ENSO的可预报性。进而发展了考虑盐度反馈过程的新型ENSO同化预报系统,显著改善了对近年厄尔尼诺事件的预报效果。

发现了暖池海温变异对东亚气候的显著影响,特别指出2009年的中部型厄尔尼诺事件中暖池海温升高,直接导致了中国南方秋季的严重干旱和粮食减产,系统阐释了暖池影响东亚季风系统的动力学过程,为东亚气候研究提供了新的视角。

上述成果的8篇代表性论文SCI他引145次,其中有2篇的SCI他引超过50次。以该成果为主要学术贡献的项目在2017年验收的资源环境领域14个973项目中被评为4个优秀项目之一。该项目先后发表SCI论文140篇,影响因子大于4.0的论文29篇。项目组成员还提出了订正XBT数据偏差的新方案,发布了1940年至今的全球海洋温度数据集和基于神经网络反演算法的印-太海洋海气热通量资料,被同行广泛应用。

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