在极端天气和气候变化研究领域取得重要进展

近日，由中国海洋大学深海多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、“青年英才工程”第一层次马晓慧教授等组成的科研团队在极端天气和气候变化研究领域取得重要进展，首次利用涡分辨率的气候模式在全球范围内对未来增暖情境下极端大气河事件的变化进行了评估，取得创新性成果。国际权威学术期刊Nature Communications（《自然·通讯》）6月3日以“Extreme Atmospheric Rivers in a Warming Climate”（《全球变暖下的极端大气河事件》）为题对上述成果进行了在线报道。

　　大气河（Atmospheric River，AR）是中纬度天气尺度狭长的强水汽传输带，是导致极端降水和洪涝灾害的重要来源。根据已有研究，学界对全球增暖情境下未来大气河事件会越来越频繁地发生已达成普遍共识，而要在气候变暖背景下对未来AR进行准确预估，其前提就是气候模式对AR的准确捕捉。

图1. 观测和模式模拟的极端大气河事件。（a, c, e）ERA5再分析数据、高分辨率地球系统模式数据和低分辨率CMIP6数据在历史情景下极端大气河事件的累积水汽输送。（b, d）ERA5再分析数据、高分辨率地球系统模式数据在历史情景下极端大气河事件相关降雨。（f）极端大气河事件在不同海区的累积平均水汽输送。

本研究利用中国海洋大学参与研制的全球高分辨率地球系统模式（CESM）并结合国际耦合模式比较计划（CMIP6）多模式数据，发现已有涡分辨率以下 （non-eddy-resolving）的气候模式严重低估了极端AR事件的发生（~50%），表明现有气候模式给出的全球变暖下极端AR的响应存在很大的不确定性，而涡分辨率（eddy-resolving）的CESM模式则极大地修正了极端AR的模拟偏差。基于高分辨率CESM的研究结果表明，未来极端AR事件几乎随温度呈线性增长；在强变暖情景下，到21世纪末，全球范围内与极端AR事件相关的水汽输送和降水总量将至少翻倍，而登陆的极端AR事件将增长约三倍。此外，研究进一步表明，在未来全球变暖情境下，AR与副热带气旋之间的耦合关系将会减弱，从而影响AR的短期预测。

图2. 高分辨率地球系统模式中极端大气河事件对全球变暖的响应。（a, d, g）历史情景下（HR-HIS）模拟的极端大气河事件发生频率、累积水汽输送和降水。（b, e, h）对应的未来情景模拟（HR-RCP）与HR-HIS之间的差异。（c, f, i）对应的纬向平均的极端大气河事件发生频率、累积水汽输送和降水。

上述研究结果表明气候模式中准确刻画中尺度海洋和大气过程可能是改善极端AR模拟的有效途径，这为提高模式分辨率以提升对极端天气事件的模拟和全球变暖下的预估提供了科学支撑。研究成果由我校在读博士研究生生王舒瑜为第一作者，马晓慧教授担任通讯作者，研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者基金等项目资助。

2023-NC-Extreme AR in a warming climate.pdf