本站讯 5月29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团队甘波澜教授课题组在Science Advances发表题为“Oceanic mesoscale eddies enhance the Pacific Decadal Oscillation and its predictability”（《海洋中尺度涡增强太平洋年代际振荡及其可预测性》）的最新研究成果，并被选为期刊当期推荐论文。研究首次提出海洋中尺度涡驱动的海气耦合年代际振荡机制，揭示了海洋中尺度动力过程在增强太平洋年代际振荡（PDO）及其可预测性中的关键作用。
PDO是地球气候系统中最显著的年代际变率之一，对海洋生态系统、渔业资源及全球气候具有深远影响，是近期气候预测的重要因子。然而，PDO的物理成因至今尚未明确，粗分辨率气候模式对其模拟和预测普遍存在系统性偏差，尤其体现在PDO的核心海区——黑潮延伸体（KE）区。海洋中尺度涡占据了该海区超过70%的海洋总动能，且与大气的能量交换十分显著。由于卫星观测记录时长有限，并且粗分辨率模式难以真实刻画中纬度海-气相互作用，关于海洋中尺度涡在PDO形成与演变过程中的作用存在认知空白。
图1 黑潮延伸体区海洋中尺度涡驱动PDO机制示意图
图2 涡分辨率地球系统模式中PDO可预测性的提升
科研团队利用团队发展的涡分辨率地球系统模式（海洋0.1º，大气0.25º），开展了目前全球唯一长达640年的工业革命前气候模拟，揭示了KE区海洋中尺度涡通过局地海-气相互作用对PDO的动力驱动作用及其对可预测性的影响。结合统计诊断与中尺度海气部分耦合试验，研究发现：在PDO冷位相期间，KE北移引起的中尺度海表温度（SST）暖异常，增强了局地非绝热加热及其水平梯度，进而驱动深厚的上升气流；该上升运动导致对流层中层绝热冷却，引起瞬变涡旋动量通量异常，并在涡致反馈作用下，最终形成海盆尺度气旋式大气环流响应；该响应通过热带外-热带相互作用得以加强，并进一步激发海洋罗斯贝波的西传调整，形成延迟负反馈，从而推动PDO向暖位相转换（图1）。同时，中尺度涡诱导的垂向热输送可有效抵消海表净热通量带来的冷却效应，从而维持SST异常的持续性，为PDO提供了额外的“记忆”。上述耦合过程使涡分辨率模式中PDO相关的SST可预测性较传统粗分辨率模式提高了近70%，理论可预测时限达16.1年（图2）。
研究工作突破了将PDO视为中纬度海洋受大气主导强迫的传统观点，首次指出海洋中尺度涡对中纬度大气的热动力强迫效应在PDO位相转换中的关键作用，这一跨尺度效应是理解PDO形成与可预测性的关键缺失环节。研究成果为认知气候年代际变异机理提供了新的动力学视角，对提升年代际气候预测水平具有重要科学意义。
成果由学校“筑峰人才工程”教授甘波澜（唯一通讯作者）与海洋与大气学院/物理海洋教育部重点实验室博士研究生王昕为共同第一作者，联合校内外多位专家学者共同合作完成。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。
文：侯霞
编辑：赵奚赟
责任编辑：李华昌
