中国极地气候系统模拟的最新进展与未来挑战

来源：中国科学杂志社

河海大学王召民教授和自然资源部第二海洋研究所陈大可院士在SCIENCE CHINA Earth Sciences 发表文章，综述了中国极地气候系统模拟的最新进展和未来挑战——

极地气候系统是全球气候系统的关键组成部分，极地气候和环境变化对人类社会有重要影响。由于对极地复杂的大气、海洋、海冰、冰架和冰盖过程缺乏了解，相对于全球其他区域而言，极地气候系统的模拟结果偏差最大。因此，改进极地气候系统的模拟水平，对提高气候系统模式的模拟能力和研究全球气候变化至关重要，是目前地球系统模拟和全球变化研究的前沿领域。

大气、海洋、海冰和冰架系统示意图

中国自1990年代中期以来，自主发展了气候系统模式，开展了极地过程模拟研究，在极地气候系统模拟方面取得了显著进步。主要成就包括，中国有5个全球高分辨率模式参加了第六次国际耦合模式比较计划中的高分辨率模式比较计划；针对埃默里冰架与普里兹湾海洋环流相互作用，在长期观测研究的基础上，发展了一个高分辨率海洋-海冰-冰架耦合模式；海冰模拟和预测、全球耦合气候模式模拟结果评估、极地海洋过程模拟等方面取得了许多重要研究成果。

为克服极地气候系统模拟存在的主要问题并深入认识极地过程在全球气候和环境变化中的作用，我们建议，中国应与气候模拟发达国家一道，重点解决以下三个重大科学问题：

第一

未来极地冰盖质量平衡问题。极地冰盖融化可以显著引起全球海平面上升，影响人类生存环境。提高极地冰盖质量变化预估水平是我们面临的一个极为困难的挑战。为解决这一问题，需要在现有耦合气候模式中加入与大气和海洋相互作用的极地冰架和冰盖动态分量。其中关键部分为海洋与冰架的相互作用，需要提高对大气-海洋-海冰-冰架系统关键过程的综合观测能力，提高海洋环流模式对中小尺度过程的模拟能力，发展更小尺度海洋和冰架过程参数化方案。

第二

极地海洋深对流及其对全球海洋环流的影响问题。极地海洋深对流过程生成了北大西洋深层水和南极底层水，是全球经向翻转环流的重要驱动力。全球耦合气候模式对极地海洋深对流的模拟存在很大不确定性，是气候模拟结果产生严重漂移和极地气候系统模拟存在很大偏差的主要原因之一。未来需要加强研究高纬极端大气过程对海洋深对流的影响，提高海洋环流模式模拟多尺度过程及其相互作用的能力，提高海冰生消和输送的模拟能力，研究冰盖冰架质量变化对海洋环流的影响过程。

第三

南北极气候变化的关联问题。自1979年有卫星观测以来，南北极海冰呈现相反的多年代际变化趋势，即北极海冰范围显著减少，南极海冰范围则略有增加。研究这一相反变化趋势的成因有利于我们理解极地过程对全球和我国气候的影响。研究表明，北半球热力状态的变化对南半球西风带有主导作用，可能是原因之一；另外，北大西洋经向翻转环流的变化也有可能引起南北两极相反气候变化。未来需要提高大气和海洋环流对气候变化响应的模拟能力，提高大气和海洋多尺度过程对极地气候系统影响的模拟能力。

文章信息：

Wang Z, Chen D. 2019. Polar climate system modeling in China: Recent progress and future challenges. Science China Earth Sciences, 62: 1076–1091, https://doi.org/10.1007/s11430-018-9355-2