海洋国家实验室在海气相互作用研究获重要进展
来源:海洋国家实验室
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作者:秘书处
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发布时间: 2020-09-05
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2020年9月3日，国际顶级学术期刊Nature（《自然》）以长文（Article）形式在线发表了题为 “Butterfly effect and a self-modulating El Ni?o response to global warming” （《蝴蝶效应与厄尔尼诺在全球变暖下的自我调节机制》）的文章。此项成果由海洋试点国家实验室国际南半球海洋研究中心主任蔡文炬院士为第一作者，吴立新院士为共同通讯作者，海洋动力过程与气候功能实验室在读博士生耿涛以及来自美国、澳大利亚的多位知名学者为合着者的科研团队共同完成。
2020年9月3日，国际顶级学术期刊Nature（《自然》）以长文（Article）形式在线发表了题为 “Butterfly effect and a self-modulating El Ni?o response to global warming” （《蝴蝶效应与厄尔尼诺在全球变暖下的自我调节机制》）的文章。此项成果由海洋试点国家实验室国际南半球海洋研究中心主任蔡文炬院士为第一作者，吴立新院士为共同通讯作者，海洋动力过程与气候功能实验室在读博士生耿涛以及来自美国、澳大利亚的多位知名学者为合着者的科研团队共同完成。
厄尔尼诺现象作为地球气候系统中最强的年际气候变异信号，对全球极端天气灾害、渔业生态环境及人类经济社会具有广泛而深远的影响。在全球变暖背景下，尽管大部分气候模式都表现出强厄尔尼诺事件和强拉尼娜（厄尔尼诺的反位相）事件的发生频率增加，但是不同模式之间的模拟表现相差较大。这一模式间的巨大差异性为将来的气候预测与相关气候政策的制定实施增添了诸多不确定性因素。
该研究首次发现并提出，厄尔尼诺可以通过气候系统的非线性作用“记住”其过去的表现并对其将来变暖下的响应做出相应调整。通过对历史与将来温室气体强迫的气候模型进行若干次重复试验，每次试验只在初始条件中增加一点随机的微小扰动，研究发现模型气候系统接下来厄尔尼诺的演变发展都会截然不同（类似于“蝴蝶效应”）。在这看似杂乱无章的演化过程背后却蕴含着深刻的内在联系：如果初始阶段的厄尔尼诺较为活跃（变率较强，发生频率较高），则在一个世纪以后的全球变暖下厄尔尼诺的变率增加幅度较小，反之亦然。该研究认为，导致这种变化的原因在于起始阶段较活跃的厄尔尼诺会使得热带海洋向大气输送更多的热量，这会延缓了全球变暖引发的上层海洋层结增加，进而减缓海洋-大气之间的耦合效率，从而使得厄尔尼诺的变率增加减缓。这一厄尔尼诺现象的自我调节机制在国际主流气候模式中均得到了验证。
图 初始的随机微小扰动会导致同一气候模式模拟出完全不同的厄尔尼诺演化过程（类似于“蝴蝶效应”）。在全球变暖使得厄尔尼诺变率增大的大前提下，若起始阶段厄尔尼诺事件较为活跃（橘黄色菱形符号），即变率较大（b），发生频率较高(c)，那么在将来变暖情景下该实验中厄尔尼诺变率的增加较少，反之亦然（蓝色五角星符号）。
上述研究成果的发现为认识气候变率尤其是厄尔尼诺事件在跨时间尺度以及变化气候背景下的调整演化提供了全新的视角，为理解气候模式对未来预测的差异化结果提供了合理的科学解释，对国际社会应对气候变化与制定气候政策具有重要意义。
蔡文炬博士因其在海洋与气候变化领域的重要成就，本年度当选为澳大利亚科学院院士。由吴立新院士和蔡文炬院士领衔的科研团队，长期致力于海洋气候变化与可预测性研究，近年来在国际顶级学术期刊（如Nature, Science, Nature Climate change, Science Advances等）发表了一系列有关海洋环流与海气相互作用的重要原创性成果。该研究成果的发表进一步彰显出海洋试点国家实验室在海洋与全球变暖研究领域的重要国际影响力。
