全球变暖背景下东海黑潮流场变异和相关机制的研究

Under global warming background, the heat advection of Kuroshio in the East China Sea changes a lot. This variation has a tremendous impact on our nation's coastal marine environment, weather and climate. The Kuroshio velocity field's variation is an important part of the change of the above mentioned heat advection. The velocity field is modulated both by open ocean signals and by air, sea phenomenons or topography in the marginal seas. Trend and scope of this velocity field's variation under global warming is still unclear, that seriously hindered the quantitative analysis and prediction of Kuroshio heat advection. Therefore, the variation of Kuroshio velocity field under the background of global warming is one of the key scientific issues unsolved. This project studys on the East China Sea Kuroshio velocity field. Based on full use of a variety of data and information, including the latest CMIP5 global warming research results (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 by IPCC), we plan to operate several numerical simulations with high-resolution regional downscaling techniques, to clearly express the trend, range and related dynamic mechanism of the East China Sea Kuroshio velocity field's variation. The role of local effect (such as the monsoon) and role of non-local effect (such as the PDO) will be distinguished. Considering the superimposed result of multi-scale factors in the final velocity field's change, quantitative and clear contributions of different factors will be given. Through this research, we will understand more about the Pacific western boundary current in global climate change, we will complete the research framework of Kuroshio's temporal and spatial multi-scale variability, and will improve the predictive capability to our marginal marine environment.

全球变暖背景下，东海黑潮的平流热输运变异显著，对我国环境、气候产生了巨大影响。东海黑潮的流场变异是平流热输运变异的重要组成部分,同时受大洋内部信号的调制和近海海气、地形等影响，在全球变暖背景下的变异趋势、范围尚不明确，严重阻碍了对黑潮平流热输运变异的定量分析和预测，是当前亟待解决的关键科学问题之一。本项目以东海黑潮流场为研究对象，在充分使用各种资料，包括最新的CMIP5全球变暖研究结果等进行数据提炼、分析的基础上，通过降尺度高分辨率区域数值模拟技术明确全球变暖背景下东海黑潮流场的变异趋势、范围和相关动力机制。以局地（如季风）、非局地（如PDO）作用的区分为切入点，在最终变化上考虑多尺度因子叠加产生的作用结果，定量的明确不同因子对流场变异的贡献和作用过程。通过本研究，可以为认识理解西边界流在全球气候变化中的作用，完整黑潮时空多尺度变异研究框架，提高对中国近海海洋环境的预测能力做出贡献。

项目主要研究全球变暖背景下,东海黑潮流场的三维时空变异特征和对全球变暖长期响应的敏感性程度。明确全球变暖背景下东海黑潮流场变异的决定因子。项目将黑潮在东海的流场变化(包括台湾以东的东海入口、PN线、东海200米等深线、宫古海峡和吐噶喇海峡的东海出口等位置),与相关的近海流场变化(包括台湾暖流、对马暖流、黄海暖流、琉球黑潮等)和相关的大洋流场变化(包括 NEC 断面,菲律宾以东黑潮断面,琉球海流断面,ASUKA 断面,日本以南 137E 断面,PT 线等)进行综合对比研究,给出东海黑潮在全球变暖背景下的流场变异特征。通过对三维结构时空变异特征的刻画,区分东海黑潮流场变异中的正压响应和斜压响应部分,揭示影响流场变化的动力学机制。项目还通过不同的模拟实验研究了局地作用和非局地作用的变异及其对东海黑潮流场的影响。指出局地风场在全球变暖下的变化可以在东海区域平均的意义上解释至少68%的黑潮流量的线性变化趋势，而低频变异中的年代际部分在PN断面下游受到一定程度的非局地信号(来自大洋内部)调制。最后，通过在黑潮流场的高分辨率模拟中加入多尺度同化和参数估计方法，研究了精确的局地风场观测数据的约束对黑潮流场低频变异模拟的重要性，证明了快变的大气过程的观测即使在对慢变过程的物理机制相关参数的调制改进过程中也更为重要。耦合模式的模式状态估计（状态约束）是成功进行模式参数估计的先决条件，而海洋特别是深层海洋在模式模拟中起到了稳定源的作用。项目得到了全球变暖背景下，与我国边缘海直接相关的黑潮流场的变异情况，定量地给出了黑潮流场变异的幅度和分布，具有非常重要的科学意义。其中为了改善黑潮流场模拟结果而研发的针对东海的多尺度同化和参数估计等技术手段可以直接应用到将来对东海黑潮的耦合模拟中，具有广泛的应用前景。