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张荣华:观海洋天象,测全球气候

日期:2018-06-15 20:25:53 浏览次数:
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  从2014年的暖冬到2015年4月上旬长江中下游遭遇的“倒春寒”,气温出现忽高忽低的振荡。地球究竟怎幺了?厄尔尼诺(El Ni?o)现象(赤道中东太平洋海温异常增暖)在2015年再度来临,其影响席卷全球。
  多年来,许多科学家都在致力于分析热带太平洋上层海洋变暖这一疑难问题,但由于缺少足够时空分辨率的海洋观测资料,对其时空结构演变并不完全清楚,对El Ni?o实时预报更是一大挑战。可从事海洋科学研究30年的张荣华,却凭借其卓尔不群的科研才华,在海洋和海气耦合模式发展与改进及气候预测上建树独到。
  不久前,美国哥伦比亚大学国际气候研究所网站发布的厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)预报模式中,就有张荣华所发展的中等复杂程度的海气耦合模式(简称ICM),该模式自2003年以来一直为国际社会定期公布ENSO预报。如今,这一模式已以中国科学院海洋研究所(IOCAS)为名,成为我国首次在国际上亮相的ENSO模式(见图 1)。
  把脉厄尔尼诺的扰动
  厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)是发生在热带太平洋的最强年际气候变率信号。ENSO虽然发生在热带太平洋,但通过大气遥相关过程,会对全球天气、气候产生重大影响,是目前已知的全球大气环流和天气、气候异常最主要的引导源和贡献者,同时也对环境和社会产生深远影响。张荣华说,通常情况下,厄尔尼诺事件只会持续6至8个月,但是2015年的厄尔尼诺持续期可能会增加一年或者更长,把海洋中巨大的热量转移到大气中。“所以今年的厄尔尼诺若与已经在逐渐升温的全球气候变化趋势相结合,可能会让全球变暖的趋势加强,会把逐渐变暖的地球变得更热。”
  从上世纪70年代末以来,热带太平洋上层海洋出现了系统性的大范围增温现象,并伴随着ENSO事件特性的改变(如振幅、振荡周期、海表温度异常首先出现区域及其以后的传播方向等)而改变。
  当时刚刚毕业的张荣华,利用美国NOAA海洋观测资料率先从观测资料分析中揭示出海洋次表层中热带海区和热带外海区存在的关联, 特别是发现,自上世纪80年代以来热带太平洋上层海洋变暖和ENSO特性的改变可追踪至70年代及其以前副热带、中纬度地区次表层海洋增暖现象,从而揭示出热带外地区对于自70年代末以来热带太平洋上层海洋变暖和ENSO特征改变中所起的重要作用。
  他分析说,对ENSO现象的研究是年际时间尺度海气相互作用的核心内容,预测热带太平洋中ENSO事件的发生、发展和转变过程是气候动力学的关键性课题和探索年际尺度气候预报最有希望的途径之一。所以,研究ENSO的形成机理和演变规律以及及时、准确地预报ENSO事件的发生、发展和其对全球天气、气候变化的影响,是目前科学家乃至政府部门、社会公众十分关注的重要科学和现实问题。
  虽然,近几十年来有关ENSO的研究已取得巨大进展,(如图1中所示的已开展提前半年至一年的ENSO实时预报),然而ENSO预测仍然存在着很大的不确定性,不能满足防灾减灾的实际需求。尤其是上世纪90年代以来,不同类型El Ni?o事件的频繁发生使得ENSO时空演变过程变得更加复杂多变,其实时预报水平也面临了更大的挑战。如果能准确预报其发生和演变,无疑将给人类带来益处。这一动因促使张荣华对ENSO的研究一直持续至今。
  特别值得一提的是,近年来,他成功地发展了各类热带海气耦合模型,并用于对ENSO这一地球上最强、最重要的年际气候信号的模拟和预测研究,特别是开发了次表层海温反演这一创新技术,并发展了一个中间型ENSO实时预报模式,自2003年以来一直为国际社会定期提供ENSO预报结果。
  如今这个以中国科学院海洋研究所(IOCAS)为名的ENSO模式,曾以“Zhang ICM”或“ESSIC ICM”为国际学术界所熟知。这一卓着的成果不仅是对张荣华个人最大的肯定和褒奖,更是确立了我国在相关热带海气耦合预报模式上的前沿地位。
  在对ENSO历史回报结果表明,这一模式在众多预报模式中表现出类拔萃,已成为国际上预报厄尔尼诺较成功的模式之一,其预报结果为学术界广泛引用。特别是对赤道太平洋2010?2011年间La Ni?a事件的预报中发现,几乎所有预报模式都未能预报出2011年下半年间赤道太平洋所发生的二次变冷过程,但ESSIC ICM却做到了,它准确地预报出二次变冷的发生和演变。事实胜于雄辩,这被公认为是预报这次冷事件最成功的预报模式之一。
  教师情结
  出生在江南的张荣华记忆中最深刻的就是,像极了小孩脸的雷阵雨,一会天晴一会下雨。天空的神秘莫测吸引了他选择杭州大学(今浙江大学)气象学专业,主攻天气预报。毕业后,他考取了中国科学院大气物理研究所的研究生,3年硕士和3年博士生涯,“很自然走上了科研之路”。
  这一路走来,有三位老师深深影响到张荣华。对他们,张荣华满是敬意和感动。一位是杭州大学教授数值天气预报的老师刘孝麟教授,也是他的大学毕业论文的指导教师。“刘老师对学生特别好”,(转自:wWw.bdFqy.com 千 叶帆 文摘:张荣华:观海洋天象,测全球气候)那个年代,各方面条件都不太好,以至于他和另外一位同学到浙江省气象局实习时,学校往返实习单位的交通成了大难题。刘老师知道后,把家里的两辆自行车都借给了他们,“整整用了3个月”,如果到学校晚了没饭吃,他们就会被邀请到刘老师家蹭饭。如今张荣华是做海洋和气候数值模拟的,但当时他是做气象预报,刘老师的这门课连接了两块研究的精髓,为他后来做数值模拟和预报奠定了基础。
  都说大树底下好乘凉,张荣华是幸运的,自己在硕士研究生和博士研究生阶段遇到了科研上的领路人,并且都是学术大家。一位是海气相互作用专家、中国科学院院士巢纪平(硕士研究生导师),一位是大气动力学和数值模拟专家、中国科学院院士曾庆存(博士研究生导师)。他回忆说,当时在北京读书时条件非常差,海洋学的相关教材根本没有,所以,巢老师亲自给学生写讲义,亲自讲授海洋环流动力学的课程。“巢老师自己也说,晚上备课到凌晨两三点,第二天早上一早再给我们上课,整整讲了一个学期”,“我现在手上还有他的好几本手写的讲稿,有厚厚的一叠”。博士生导师曾庆存,在上世纪80年代就被选为中国科学院学部委员。“曾老师是留苏的,发展了具有中国特色的地球系统模式,当时也是亲自教授我们数值模拟理论和方法。”这为以后开展海洋和气候数值模拟研究打下了基础。提到这些老师们,张荣华总是带着感激之情。

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