天津
近日，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室吴立新院士领衔的科研团队在中尺度海气相互作用研究领域取得重要进展，首次揭示了中尺度海气热力耦合对全球变暖的响应机制。成果以“Midlatitude mesoscale thermal Air-sea interaction enhanced by greenhouse warming”(《全球变暖下中纬度中尺度热力耦合增强》)为题，在线发表于Nature communication (《自然·通讯》)期刊。研究成果由中国海洋大学“青年英才工程”第一层次教授马晓慧为第一作者，物理海洋教育部重点实验室原科研博士后、崂山实验室助理研究员张行之为通讯作者，联合学校及崂山实验室科研人员共同合作完成。
中尺度海气相互作用对海洋环流和气候系统变异有至关重要的调控作用。然而，受到当前气候模式分辨率的限制，中尺度海气相互作用对全球变暖的响应仍然未知。同时，科学评估全球变暖对中尺度海气耦合影响的理论框架目前也相对缺乏。
图1.（a，b）冬季ERA-5 再分析资料和CESM-HR模拟的中尺度海温 (SST)-潜热通量(LHF)耦合强度的变化趋势。（c）CESM-HR中历史时期涡旋对应的海温和潜热通量异常。（d）历史（1956-2005）及未来时期（2063-2100）西边界流海区冷暖涡旋两倍半径内的中尺度海温-潜热通量耦合强度。（e）未来与历史情境下的中尺度海温-潜热通量耦合强度的差异，红色代表暖涡，蓝色代表冷涡，从左至右依次为黑潮延申体、湾流、厄古拉斯回流及巴西-尔维纳斯汇流。
本研究利用中国海洋大学联合国内外科研机构合作研发的高分辨率地球系统模式（CESM）、欧洲预报中心（ERA-5）再分析资料以及国际耦合模式比较计划（CMIP6）多模式数据，重点探讨了中纬度西边界流区域冬季中尺度海表温度（SST）与潜热通量（LHF）的热力耦合对气候变化的响应。研究表明，在全球变暖背景下，主要西边界流区域的中尺度SST-LHF耦合普遍增强，表现为冷暖涡之间非线性的加剧，且这一变化在北半球更为显著（图1）。为了理解这一现象的动力机制，科研团队构建了一个将中尺度热力耦合的变化与大尺度因素联系起来的理论框架。进一步研究显示，中尺度热力耦合的变化由历史背景风场、SST及其变暖速率共同决定。在这些因素中，大尺度SST及其变暖速率是驱动中尺度耦合增强以及南北半球间不对称的主要因素。
上述成果所用研究方法，有效补充了中尺度海气耦合对全球变暖响应的理论框架，可以更好地评估全球变暖背景下中尺度热力耦合的未来变化趋势；同时成果也强调，在气候模式中解析中尺度海气耦合对提升未来天气和气候系统预测的可靠性有重要意义。研究得到国家自然科学基金、崂山实验室科技创新计划、山东省自然科学基金、山东省泰山学者基金等项目资助。
马晓慧教授（左）与张行之助理研究员
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-52077-z
信息来源：中国海洋大学 深海圈层与地球系统前沿科学中心 物理海洋教育部重点实验室 作者：侯霞 。
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