近日，由中國海洋大學(xué)“筑峰人才工程”第一、第三層次教授，深海圈層與地球系統前沿科學(xué)中心張紹晴、高陽(yáng)帶領(lǐng)的科研團隊利用國產(chǎn)眾核“神威”超算上創(chuàng )建的上千年高分辨率地球系統模式積分數據，取得關(guān)于海洋熱浪研究的創(chuàng )新性成果。該成果被國際氣候研究領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)期刊Nature Climate Change（《自然•氣候變化》）進(jìn)行線(xiàn)上報道“Threat by marine heatwaves to adaptive large marine ecosystems in an eddy-resolving model”（《基于渦解析模式海洋熱浪對適應性大型海洋生態(tài)系統的威脅》）。
海洋熱浪(Marine Heatwaves)是海表溫度異常高的極端事件，嚴重影響海洋生態(tài)系統，會(huì )導致珊瑚白化、漁業(yè)減產(chǎn)和有害藻化等，造成生態(tài)和社會(huì )經(jīng)濟損失。大型海洋生態(tài)系統面積覆蓋全球海洋約22%，但占全球漁業(yè)漁獲量的95%。然而，由于這些生態(tài)系統多位于傳統低分辨率氣候模式模擬存在偏差的沿海地區，目前學(xué)界對于氣候變化如何影響這些生態(tài)系統上的海洋熱浪仍知之甚少。
該研究首次使用25公里大氣和10公里海洋的高分辨率地球系統模式模擬預估未來(lái)氣候變化情景，并采用新的“未來(lái)閾值”（即高于未來(lái)海溫長(cháng)期平均變化的異常變暖）來(lái)分析未來(lái)氣候變化情景下大型海洋生態(tài)系統區域海洋熱浪的變化。結果表明，高分辨模式顯著(zhù)提高了對海洋熱浪的模擬能力。
驅動(dòng)海洋熱浪的物理進(jìn)程。高分辨所能模擬的物理過(guò)程和所影響的生物示意圖，其中紅色、紫色和棕色圓圈表示局部過(guò)程、區域過(guò)程和遙相關(guān)過(guò)程，箭頭表示這些過(guò)程和海洋環(huán)境之間的相互作用。紅色部分為低分辨模式無(wú)法解析的過(guò)程。
生物可能會(huì )在一定程度上適應氣候變化，但適應速率在物種之間有很大的差異，使用“未來(lái)閾值”是假設生物能夠適應全球平均變暖。本研究發(fā)現使用“未來(lái)閾值”下大多數大型生態(tài)系統遭遇未來(lái)海洋熱浪的強度和年天數都在增加。這意味著(zhù)即使假設生態(tài)系統內的生物能夠基本適應長(cháng)期平均變暖的影響，它們仍將面臨全球變暖的嚴重威脅。
未來(lái)與歷史時(shí)期海洋熱浪日數和強度的比較。1975-2004年和2071-2100年期間，基于閾值定義的各主要生態(tài)系統LME年平均日數(a、c)和強度(b、d)。a,b為“包含平均變暖閾值”；c,d為“未來(lái)閾值”。小正方形和大圓圈分別代表小捕魚(yú)量和大捕魚(yú)量的海洋生態(tài)區，顏色表示每個(gè)LME的編號，虛線(xiàn)為1:1線(xiàn)。
鑒于海洋熱浪帶來(lái)的巨大經(jīng)濟社會(huì )危害，預測氣候變化背景下其變化有廣泛而深遠的意義。研究結果顯示沿海生態(tài)系統將面臨海洋熱浪持續性威脅，這一結果具有深遠的生態(tài)、經(jīng)濟和社會(huì )影響，并為受影響地區的管理決策者制定應對措施和戰略規劃提供了科學(xué)依據。
該成果由深海前沿中心、海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室在讀碩士研究生郭修文為第一作者，高陽(yáng)教授和張紹晴教授為共同通訊作者，深海前沿中心/物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗室吳立新院士、海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室高會(huì )旺教授等為合著(zhù)者的科研團隊共同完成。
高分辨率地球系統模式的發(fā)展提高了對海洋熱浪和渦旋的模擬能力，為氣候變化和中小尺度極端事件的機理揭示和過(guò)程再現提供了有力工具。此項成果是中國海洋大學(xué)在海洋熱浪等極端事件與氣候變化研究領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展，彰顯出學(xué)校在此研究領(lǐng)域的重要國際地位。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、自然科學(xué)基金等項目的資助，分析和計算依托青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室高性能科學(xué)計算與系統仿真平臺完成。
