一雨縱橫亙二洲，浪淘天地入東流。太平洋是世界上最大、最深和島嶼最多的大洋。

   從上世紀(jì)80年代至今，海洋所海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱環(huán)流室）的科學(xué)家們，一次次前往熱帶西太平洋海域，在烈日和風(fēng)雨中觀測(cè)取樣，在起伏的波濤中篤志前行。

   多年的探索與積累，數(shù)載的堅(jiān)持與沉淀，終于迎來收獲的時(shí)節(jié)。近年來，他們的成果掛滿枝頭，榮譽(yù)鋪滿來路。

   聚焦熱帶西太平洋環(huán)流結(jié)構(gòu)、變異及其氣候效應(yīng)這一重大問題，國(guó)際首次對(duì)西太主流系開展了長(zhǎng)期連續(xù)同步觀測(cè)，建成了安全自主可控的西太平洋科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)；觀測(cè)發(fā)現(xiàn)諸多新的次表層海流，系統(tǒng)揭示西太平洋環(huán)流三維結(jié)構(gòu)及其季節(jié)內(nèi)到年代際的多尺度變異與機(jī)制，闡明了深層西邊界流、中層流與上層的能量通道；揭示西太暖池分裂現(xiàn)象及對(duì)厄爾尼諾—南方濤動(dòng)（ENSO）的影響，發(fā)現(xiàn)全球變暖將削弱太平洋—大西洋年際信號(hào)的聯(lián)系；提出大洋入侵陸架的地形β螺旋理論，提出完善了首個(gè)中科院海洋所冠名的ENSO預(yù)測(cè)模式并國(guó)際發(fā)布……

NPOCE國(guó)際計(jì)劃 從跟跑到引領(lǐng)

   西太平洋向來是國(guó)際合作調(diào)查研究的熱點(diǎn)海域之一。早在上世紀(jì)80年代中期至90年代中期，美國(guó)就曾牽頭發(fā)起和組織熱帶海洋與全球大氣（TOGA）計(jì)劃和世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)（WOCE）計(jì)劃，針對(duì)熱帶西太平洋環(huán)流進(jìn)行了一系列大型調(diào)查研究。在TOGA和WOCE計(jì)劃執(zhí)行期間，中國(guó)是計(jì)劃參與者之一，并在其實(shí)施過程中發(fā)揮了重要作用。

   然而，隨著1993年TOGA—COARE實(shí)驗(yàn)的結(jié)束，國(guó)際大規(guī)模西太平洋調(diào)查研究熱潮歸于平靜，中國(guó)也隨之停止了相關(guān)調(diào)查研究。鑒于西太平洋在海洋環(huán)流與海氣相互作用研究中的重要地位，中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)科學(xué)家對(duì)于再次開展大規(guī)模西太平洋海洋環(huán)流調(diào)查研究均躍躍欲試。

   “當(dāng)時(shí)我就一直在想，中國(guó)可不可以自己先組織牽頭干呢？這是一個(gè)巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們要抓住它，干個(gè)十年八年，我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的研究水平和能力一定能夠大幅度提升。”中國(guó)科學(xué)院院士胡敦欣說。

   經(jīng)過幾年的籌備，2010年，以胡敦欣為首的中國(guó)科學(xué)家倡導(dǎo)發(fā)起的NPOCE（西北太平洋海洋環(huán)流與氣候?qū)嶒?yàn)）國(guó)際計(jì)劃獲國(guó)際CLIVAR組織批準(zhǔn)并順利啟動(dòng)，這是我國(guó)發(fā)起的海洋領(lǐng)域第一個(gè)大型國(guó)際合作計(jì)劃，共有來自中國(guó)、美國(guó)、日本、澳大利亞、韓國(guó)、德國(guó)等8個(gè)國(guó)家的19個(gè)研究院所參與。該計(jì)劃圍繞西北太平洋海洋環(huán)流及其與鄰近環(huán)流系統(tǒng)的相互作用、在暖池維持和變異中的作用，以及區(qū)域海氣相互作用及其氣候效應(yīng)等主題開展研究。

   經(jīng)過10年的不懈努力，NPOCE國(guó)際計(jì)劃研究團(tuán)隊(duì)已完成了西太平洋深海潛標(biāo)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，共布放潛標(biāo)30余套，并已具備了潛標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪芰�。以此為基礎(chǔ)，環(huán)流室的科研人員在西北太平洋海洋環(huán)流與氣候研究上取得一系列突破性科學(xué)進(jìn)展，多項(xiàng)研究成果在《自然》《物理海洋學(xué)雜志》等期刊發(fā)表；相關(guān)成果獲中科院杰出科技成就獎(jiǎng)，山東省自然科學(xué)獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)，海洋工程科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；入選中科院改革開放四十年40項(xiàng)成果展，入選2019年“海洋科技十大進(jìn)展”。

   胡敦欣說：“NPOCE國(guó)際計(jì)劃的成功實(shí)施，顯著提升了中國(guó)在國(guó)際海洋與氣候研究領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)。”

西太平洋環(huán)流與暖池 從現(xiàn)象觀測(cè)到機(jī)制解析

   西太平洋的環(huán)流非常復(fù)雜，有著全球最大的暖池，暖池任何微小的變動(dòng)都會(huì)對(duì)大氣環(huán)流產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變區(qū)域和全球氣候。

   海洋所環(huán)流室主任、研究員尹寶樹介紹，海洋動(dòng)力過程與氣候、近海動(dòng)力過程及環(huán)境效應(yīng)是當(dāng)今物理海洋學(xué)發(fā)展的重要科學(xué)前沿，對(duì)其正確的描述、認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)，在氣候預(yù)測(cè)、國(guó)防安全、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋資源開發(fā)與可持續(xù)利用、防災(zāi)減災(zāi)等方面起著不可或缺的支撐作用，有著重要的科學(xué)意義，也是國(guó)家重大需求所在。

   有了西太實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)這一“利器”，西太環(huán)流的研究如虎添翼。

   基于連續(xù)的潛標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)，胡敦欣、王凡、袁東亮等研究團(tuán)隊(duì)于國(guó)際率先直接連續(xù)觀測(cè)到棉蘭老潛流、呂宋潛流和北赤道潛流，以及一支新的北赤道次流和熱帶西太平洋經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流的三明治結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)揭示了太平洋西邊界流系和赤道流系的三維結(jié)構(gòu)特征以及不同海流分支的多尺度變異規(guī)律；揭示了暖池分裂現(xiàn)象及機(jī)制，提出了可提前近半年預(yù)測(cè)南海夏季風(fēng)暴發(fā)的海洋因子，為提高我國(guó)季風(fēng)氣候預(yù)測(cè)水平提供了科學(xué)依據(jù)；提出了印太海盆相互作用的“海洋通道”機(jī)制，找到了可以突破ENSO春季預(yù)報(bào)障礙的海洋流場(chǎng)預(yù)報(bào)因子，使得赤道東太平洋冷舌區(qū)海面溫度異常的預(yù)報(bào)性大大提高，對(duì)于開展短期氣候預(yù)測(cè)具有重要意義。

   作為西太環(huán)流中一支重要的西邊界流，黑潮是全球海洋中的第二大暖流，其水色深藍(lán)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去酷似黑色，因而得名。在北向流動(dòng)過程中，黑潮會(huì)經(jīng)由呂宋海峽入侵南海，還會(huì)經(jīng)由臺(tái)灣東北部入侵東海陸架，甚至?xí)竭_(dá)長(zhǎng)江入�？�，其高溫高鹽的海水和陸架海水進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，從而影響我國(guó)近海的動(dòng)力環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來，大洋水入侵陸架邊緣海的形式及其支撐理論一直是國(guó)際上懸而未決的重要科學(xué)問題。楊德周、尹寶樹等提出地形β螺旋動(dòng)力學(xué)理論，在世界大洋具有普適性，填補(bǔ)了大洋環(huán)流理論與陸架動(dòng)力學(xué)理論之間長(zhǎng)期缺失的理論空白。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了大洋黑潮向長(zhǎng)江口臨近海域赤潮高發(fā)區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)輸送的關(guān)鍵通道，為近海生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害演變規(guī)律研究提供了新視角。

海氣耦合模式從無到有 在國(guó)際ENSO實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)領(lǐng)域發(fā)出中國(guó)聲音 

   ENSO是僅次于季節(jié)變化的最強(qiáng)年際氣候變化信號(hào)，是熱帶太平洋海洋—大氣相互作用的產(chǎn)物，其發(fā)生演變受地球流體力學(xué)和海氣相互作用過程的控制。ENSO會(huì)在世界很多區(qū)域引起極端的天氣，我國(guó)北方的干旱、南方的洪水、梅雨季節(jié)推遲等都與它相關(guān)。它帶來的溫暖海水，也會(huì)影響魚類的成群移動(dòng)，破壞珊瑚礁的生長(zhǎng)等。目前，利用數(shù)值模式可以實(shí)現(xiàn)提前6~12個(gè)月的ENSO實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，但精度仍存在著巨大的挑戰(zhàn)和不確定性。

   海洋所環(huán)流室研究員張榮華等通過開發(fā)海洋次表層海溫反算技術(shù)，發(fā)展和改進(jìn)了一個(gè)中間型海氣耦合模式（ICM），用于ENSO相關(guān)的數(shù)值模擬和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)研究。自2015年以來，以中科院海洋所冠名的中等復(fù)雜程度海氣耦合模式（IOCAS ICM），每月定期進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果收錄于美國(guó)哥倫比亞大學(xué)國(guó)際氣候研究所。這是第一個(gè)以我國(guó)國(guó)內(nèi)單位命名的海氣耦合模式為國(guó)際學(xué)術(shù)界提供ENSO實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果。

   利用這一模式做實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，首先將實(shí)時(shí)觀測(cè)到的海表溫度等資料進(jìn)行模式初始化，為IOCAS ICM提供預(yù)測(cè)初始場(chǎng)；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行未來12個(gè)月的熱帶太平洋海表溫度的預(yù)測(cè)；再將預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較、分析，以此不斷改進(jìn)模式和預(yù)測(cè)產(chǎn)品。

   張榮華表示，用模式做ENSO實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)最難的部分是海氣耦合模式自身的構(gòu)建和改進(jìn)。“我們進(jìn)行海氣耦合模式發(fā)展和改進(jìn)，是一個(gè)十分復(fù)雜、繁瑣的系統(tǒng)工程，一定要足夠細(xì)心且有耐心，保證每一行模式代碼都不能出問題。一旦出現(xiàn)哪怕是一個(gè)小小的錯(cuò)誤，就可引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致模擬和預(yù)測(cè)的失敗。這樣就要在幾十萬行代碼中，逐行檢查、調(diào)整，直到整個(gè)模式可以穩(wěn)定運(yùn)行并且性能良好。”

   他把自己的工作比作“造汽車”，“我希望這個(gè)模式能成為海洋和大氣科學(xué)研究者的使用工具，就像汽車成為交通工具一樣。造好了之后，別人根據(jù)‘指南’，既能開也能坐”。最近他專注于模式使用指南的整理，要把30多年來模式開發(fā)心得和相關(guān)科研成果整理成書，為其他研究者提供參考。

   在環(huán)流室，像張榮華這樣堅(jiān)守多年、摸索前行的人不在少數(shù)。這些探索者們腦海里裝著的是無邊無際的汪洋大海、全球尺度的氣候變化，胸中存著的是至真至純的科學(xué)目標(biāo)和國(guó)家需求。

   海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的故事未完待續(xù)，西太環(huán)流還有很多奧秘等待他們來開啟。