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张荣华:厄尔尼诺-南方涛动研究进展及挑战

发布时间:2015-6-16 11:27:47 点击次数:2452

612日,中国科学院海洋研究所研究员、中国科学院海洋环流与波动重点实验室副主任、国家“千人计划”特聘专家张荣华教授应邀访问北大海洋研究院,并在第二教学楼405教室举办了题为“厄尔尼诺-南方涛动研究进展及挑战”的精彩讲座。讲座由环境科学与工程学院郑玫教授主持。张荣华教授介绍了厄尔尼诺-南方涛动(The El Niño-Southern Oscillation,简称ENSO)的现象、形成机制及其对全球气候的重大影响,并阐述了近年来对厄尔尼诺-南方涛动实时预报的最新研究进展,并在讲座中着重展示了2015El Niño的发展和预报工作,分析了2014年、2015El Niño发展的差别。讲座最后,张教授深入浅出地回答了同学们提出的诸多问题。

张荣华教授

 

报告主要内容整理如下:

       El Niño现象

El Niño是热带太平洋一种海温异常的自然现象,周期为3-7年,主要表现为赤道东太平洋海水温度比正常年份增加2~4摄氏度。El Niño是仅次于季节变化的最强年际气候变化信号,它虽然发生在热带太平洋海域,但可以通过大气遥相关过程,对全球气候产生重大影响,是目前已知的全球大气环流和气候异常最主要的引导源和贡献者,同时也对全球环境和社会生活产生深远的影响。

科研人员经过近百年的研究,对El Niño发生的机制和过程有了更为深刻的认识,这使得预测和预报El Niño成为可能。这些领域也正是张教授课题组研究的主要内容。

El Niño的影响及范围

1 El Niño影响范围示意图

从图1可以看出El Niño主要影响的区域包括南美洲、东南亚、印度、澳洲和美国等地。El Niño造成的负面影响主要有暴雨洪水、干旱林火、强热带气旋、珊瑚礁破坏、鸟类死亡等。此外,El Niño对全球气候的影响还有明显的季节性,通常在冬季的影响更大。

2 El Niño与全球变暖

从图2可以看出,El Niño的出现和全球温度上升有很好的对应关系。因此,在当前全球变暖的大背景下,El Niño对全球气候和社会经济生活的影响将会进一步加剧。

El Niño研究历史

11960年以前,发现Walker环流;

21960sBjeknes发现海-气相互作用中正反馈机制,赤道波(Kelvin wave & Rossby wave);

31970s,海洋观测系统逐渐建立,Wyrtki发现大气遥相关;

41980s,提出海-气不稳定耦合及负反馈机制,建立各种模式(1982-83 El Niño);

51990s,模式研究迅速发展(1997-98 El Niño);

6) 今天,开展El Niño实时预报(2015 El Niño年)。

       El Niño模式及预报

El Niño的产生和发展主要是海表温度、风场、温跃层三者相互作用,在构造模式进行模拟之前,理解其中的正负反馈机制是非常重要的,科研人员也做了大量研究,比较有代表性的包括Recharge-discharge oscillatorWestern Pacific oscillator等。

El Niño模式主要分为定性的概念模型Conceptual models,中等复杂模式ICMs,复合模式Hybrid coupled models (HCMs)Coupled general circulation models (CGCMs),其中用于预报的主要是前三个。

3 2008-09不同模式的El Niño预报

 

32008-09年不同模式对El Niño的预报,可以看出不同模式做出的El Niño预报差别非常大。影响模式预报的因素有描述海气耦合的模型、初条件、模式和数据的相容性、季节因素等等。研究人员一般采用数据同化、初条件耦合(Coupled initialization)、后处理等技术减小误差。

张荣华教授提出的ESSIC ICM模式对2008-09年的El Niño2010-11年的La Nina都做出了准确预报,因此得到广泛关注。张教授认为ESSIC ICM模式的成功之处在于重视了次表层海温对El Niño的作用。

2015年的El Niño

 

4 2015.5.28-6.1热带太平洋地区海温异常增暖


从图4可以看到2015年热带太平洋已经增温1.5℃,已经基本能够确定今年是El Niño年。根据NOAA的气候预报,2015年将有90%的概率出现El Niño,很可能是一次强El Niño并且持续时间较长,尽管目前所有的信息还不能断定2015年的El Niño是否为超强(super El Niño),甚至史上最强。

El Niño已经对全球气候产生了明显的影响,例如本月美国和印度的持续高温就是拜El Niño所赐(印度高温已经导致1700多人死亡)。但需要指出的是,北京出现的高温是否是El Niño的作用尚未确定。

    El Niño未来研究

    淡水通量及盐度对El Niño的影响;

    海洋生物、生态环境带来的气候变化;

    El Niño信号和其他信号的联系;

    十年尺度的El Niño/La Nina预测;

    全球变暖大趋势下ENSO的预测;

    ENSO对全球变暖的影响。


讲座现场

张荣华教授的讲座详细地为大家展示了厄尔尼诺现象发展及预测的过程,同学们纷纷表示受益颇多。讲座结束后,仍有不少同学和张教授一起热烈地讨论厄尔尼诺的相关问题。