物理海洋实验室在海洋热浪研究领域取得重要成果

2022-02-0522

  近日,由中国海洋大学筑峰人才工程第一、第三层次教授,深海圈层与地球系统前沿科学中心张绍晴(物理海洋教育部重点实验室)、高阳带领的科研团队利用国产众核神威超算上创建的上千年高分辨率地球系统模式积分数据,取得关于海洋热浪研究的创新性成果。该成果被国际气候研究领域顶级学术期刊Nature Climate Change(《自然气候变化》)进行线上报道“Threat by marine heatwaves to adaptive large marine ecosystems in an eddy-resolving model”(《基于涡解析模式海洋热浪对适应性大型海洋生态系统的威胁》)。

  海洋热浪(Marine Heatwaves)是海表温度异常高的极端事件,严重影响海洋生态系统,会导致珊瑚白化、渔业减产和有害藻化等,造成生态和社会经济损失。大型海洋生态系统面积覆盖全球海洋约22%,但占全球渔业渔获量的95%。然而,由于这些生态系统多位于传统低分辨率气候模式模拟存在偏差的沿海地区,目前学界对于气候变化如何影响这些生态系统上的海洋热浪仍知之甚少。近日,由中国海洋大学筑峰人才工程第一层次教授、深海圈层与地球系统前沿科学中心(简称深海前沿中心)/物理海洋教育部重点实验室张绍晴教授带领的科研团队利用在国产众核神威超算上创建的上千年高分辨率地球系统模式积分数据,取得关于海洋热浪研究的创新性成果。

  该研究首次使用25公里大气和10公里海洋的高分辨率地球系统模式模拟预估未来气候变化情景, 并采用新的未来阈值(即高于未来海温长期平均变化的异常变暖)来分析未来气候变化情景下大型海洋生态系统区域海洋热浪的变化。结果表明,高分辨模式显著提高了对海洋热浪的模拟能力。

图片:驱动海洋热浪的物理进程。高分辨所能模拟的物理过程和所影响的生物示意图,其中红色、紫色和棕色圆圈表示局部过程、区域过程和遥相关过程,箭头表示这些过程和海洋环境之间的相互作用。其中红色部分为低分辨模式无法解析的过程。

  生物可能会在一定程度上适应气候变化,但适应速率在物种之间有很大的差异,使用“未来阈值”是假设生物能够适应全球平均变暖。本研究发现使用“未来阈值”下大多数大型生态系统遭遇未来海洋热浪的强度和年天数都在增加。这意味着即使假设生态系统内的生物能够基本适应长期平均变暖的影响,它们仍将面临全球变暖的严重威胁。

图:未来与历史时期海洋热浪日数和强度的比较1975-2004年和2071-2100年期间,基于阈值定义的各主要生态系统LME年平均日数(ac)和强度(bd)a,b包含平均变暖阈值c, d未来阈值。小正方形和大圆圈分别代表小捕鱼量和大捕鱼量的海洋生态区,颜色表示每个LME的编号,虚线为1:1线。

  鉴于海洋热浪带来的巨大经济社会危害,预测气候变化背景下其变化有广泛而深远的意义。我们的研究结果显示沿海生态系统将面临海洋热浪持续性威胁,这一结果具有深远的生态、经济和社会影响,并为受影响地区的管理决策者制定应对措施和战略规划提供了科学依据。该成果由深海前沿中心/海洋环境与生态教育部重点实验室在读硕士研究生郭修文为第一作者,高阳教授和张绍晴教授为共同通讯作者,深海前沿中心/物理海洋教育部重点实验室吴立新院士、海洋环境与生态教育部重点实验室高会旺教授等为合著者的科研团队共同完成

  高分辨率地球系统模式的发展提高了对海洋热浪和涡旋的模拟能力,为气候变化和中小尺度极端事件的机理揭示和过程再现提供了有力工具。此项成果是中国海洋大学在海洋热浪等极端事件与气候变化研究领域取得的重要进展,彰显出我校在此研究领域的重要国际地位。本研究得到了国家重点研发计划、自然科学基金等项目的资助,分析和计算依托青岛海洋科学与技术试点国家实验室高性能科学计算与系统仿真平台完成。