解密東亞氣候“風云故事”

　　王會軍在學術會議上發言。(研究團隊供圖)

　　從11月初開始，全中國從北“凍”到南，許多地方比往年更早地迎來了初雪。今年冬天會不會更冷?明年春天和夏天的旱澇情況如何?這些已經成為當下人們最關心的問題。

　　在科學家看來，想要了解未來一年我國的氣候如何變化，必須從理解“東亞氣候變化規律和機制”這一科學問題入手。“在‘年際’這樣一個時間尺度上，東亞氣候變化有什么特征、驅動機制是什么，是我們通過研究想要獲得的答案。”中國科學院院士、南京信息工程大學教授王會軍告訴《中國科學報》。

　　自2015年以來，王會軍帶領的團隊在國家自然科學基金創新研究群體項目“東亞氣候系統變化機制及預測方法”(以下簡稱創新群體項目)支持下，圍繞中高緯和東亞氣候系統多尺度變異規律和機制、中高緯氣候系統對東亞氣候的影響和過程以及東亞氣候系統的預測和預估等方面開展了系統深入的研究，取得若干重要進展。

　　研究中，他們不僅關注“年際”時間尺度，還關注“年代際”甚至數千年以前的古氣候變化，致力于解密東亞氣候的“風云故事”。

　　“冷板凳”賦能極端氣候決策

　　時間回到2014年7月，持續高溫、少雨天氣導致華北和東北南部地區出現了嚴重干旱，一些省份的干旱程度甚至創了近60年之最。王會軍敏銳地注意到這一現象，迅速投入研究工作中。他們通過系統分析大氣環流特征、海溫和海冰的作用，發現此次華北干旱事件是由太平洋海溫異常、北極海冰異常以及歐洲溫度異常綜合導致。事實上，從20世紀70年代末開始，東亞季風環流就持續偏弱，導致東亞地區從南向北的水汽輸送減少，我國華北地區一直處在干旱狀態。王會軍最早揭示了東亞季風的這一年代際變化。“年代際尺度的氣候變化對國計民生至關重要，例如對華北地區干旱情況的預測將直接影響國家對水資源的決策。”王會軍表示。

　　讓基礎研究為國家決策賦能是研究團隊一路走來的不懈追求。2014年，他們獲得創新群體項目支持，在“東亞氣候系統變化機制及預測方法”領域開啟新征程。

　　研究團隊看到，在全球變暖的背景下，暴雨、干旱、高溫等極端天氣氣候事件的頻次和強度都有所增加。氣候經常以一種極端的方式呈現在人類面前，這意味著，應對極端氣候的防災減災工作將面臨更大的挑戰。

　　如何將研究成果服務于國家的防災減災?這是他們一直關注的問題。洪澇、滑坡泥石流是我國常見的重大災害，每年均會造成重大的經濟損失和人員傷亡，但此前對洪水和泥石流的預報主要停留在經驗和統計的基礎上，難以滿足當前防災減災的需求。“我們需要更加精確地知道，在什么時間、什么地點發生多大強度的滑坡，才能指導預警。”王會軍解釋，“真正科學的辦法是從數學和物理角度來構建模型，建立預報系統。”

　　為此，他們下定決心，瞄準洪澇、滑坡泥石流動力學預報這一難題。其間，幾位研究人員潛心致研，克服了發表文章少、出成果慢帶來的現實困難，甘愿坐“冷板凳”。最終，建立起一套適合于中國的高分辨率滑坡泥石流動力數值預報系統，如今已在為防災減災提供相關幫助。

　　追蹤6000年前古氣候

　　對未來氣候如何變化進行更可靠的預測，是氣候學界的熱門問題。想要預知全球變暖未來走向，從地球漫長的歷史中尋找答案是一個有效的途徑。

　　王會軍指出：“我們需要距今很長時間的資料，告訴我們過去的氣候，在此基礎上去分析當時的氣候變化是什么原因造成的。”根據這一思路，科學家們會找到若干年前一個類似的氣候暖期，了解當時的季風、降水、水文、植被、冰川等特征。

　　這里的若干年前可能是上百年、上千年，甚至是更久的時間尺度。當現代氣象水文觀測資料不足以覆蓋如此長的時間尺度時，科學家發展了另一種工具——地球系統模式。科研人員用融合了多種復雜大氣物理過程的偏微方程組來描述氣候系統，方程的求解還需要超級計算機的幫助。

　　在創新群體項目的支持下，研究人員利用地球系統模式，“穿越”回6000年前全新世中期典型暖期，圍繞當時的厄爾尼諾—南方濤動(ENSO)成因等科學問題進行深入研究。結果表明，一系列綜合因素的共同作用導致中全新世ENSO減弱，包括軌道強迫下亞洲和非洲季風降水及東西向環流增強、氣候平均的信風加強、太平洋副熱帶環流增強、溫躍層響應減弱等。

　　在創新群體項目成員看來，對古氣候的“追蹤”，有助于理解當下的全球變暖情況，并以此推測未來氣候變化的趨勢。

　　團結一心聚合力

　　在王會軍帶領的科研團隊中，協作精神得到格外重視。“我們團隊中的幾位骨干成員已經在一起工作很多年，互相合作已經成為一種習慣。”

　　定期學術交流是開展協作的重要載體平臺，科研人員積極參與則成為團隊紀律。一次，針對研究生不積極參加學術活動、不愿分享學術研究的現象，王會軍在組會上提出批評。正是在團結合作的氛圍中，幾位研究方向不同的骨干成員之間真正實現了勠力同心聚合力的效果。

　　“我們認識到，北極海冰和大氣環流的變化，對東亞氣候其實是非常重要的。”王會軍介紹。敏銳的科學洞察力促使王會軍和挪威科學家Ola M. Johannessen于2003年成立了竺可楨—南森國際研究中心(以下簡稱竺—南中心)，致力于中高緯度氣候變化的研究。依托該平臺，中國和挪威的大氣科學家開展緊密合作，為創新群體項目開展東亞氣候研究增加了“極地視角”。

　　例如，創新群體項目成員利用竺—南中心的合作研究，在對華北地區霾事件發生的原因研究中，將霾事件發生的頻次與北極海冰覆蓋度進行關聯，發現二者之間在年際、年代際尺度上呈現反向變化。也就是說，北極海冰覆蓋多(少)的日子里，華北發生霾的天數就會變少(多)。

　　王會軍認為，這項研究結果提示我們，除了人類排放的污染物之外，氣候驅動因素也是霾天氣的“幫兇”。“近幾年來，我們明顯感到霾變少了，主要得益于大氣污染物的治理，但也與中高緯氣候系統的變化分不開。”

　　面向未來，創新群體項目成員們將繼續用科技的力量，在復雜的風云變幻中，揭開東亞氣候變化之謎。“氣候預測非常難，我們還要不斷努力，不僅在基礎研究中取得突破，還要讓科學論文走出實驗室，在國家氣候預測中體現價值，為國為民服務。”王會軍強調。

　　《中國科學報》：作為從事基礎研究的科學家，您如何理解基礎研究與實際應用之間的關系?

　　王會軍：我所從事的大氣科學中確實有很多非常基礎的研究，例如用數學和物理學的理論去描述大氣中的非線性過程。這些基礎研究看起來距離實際應用很遙遠，但經過一段或長或短時間的檢驗，都會對國計民生產生重要影響。誰能想到當初提出的“蝴蝶效應”、非線性混沌理論會和現在人們的日常生活密切相關?如果沒有這些基礎研究，我們就不能對大氣的可預報性認識得如此深入，也就無法改進我們的預報手段，進而服務國家建設和人民生活。今年諾貝爾物理學獎頒發給大氣科學家，表彰他們在復雜系統方面的突破，也證明了基礎研究終將走向實際應用。

　　當然，這要求科學家對現實需求保持高度敏感，要有胸懷祖國、服務人民的精神和情懷。例如，我們會非常關注洪水、干旱、污染等問題，遇到大寒潮、超級梅雨等事件時，都會迅速部署，主動開展研究。只有堅持不懈地去做，才能打通從基礎研究到實際應用的全鏈條。

　　《中國科學報》：對于東亞氣候變化系統研究這一領域未來趨勢，您如何把握?

　　王會軍：創新群體項目結束以后，我們獲得了國家自然科學基金“氣候系統預測研究中心”基礎科學中心項目的支持，我們的科學目標也從原來的東亞氣候變化機制和預測的問題，擴展、深入到厄爾尼諾和南方濤動(ENSO)與海溫的預測、延伸期天氣預報以及年際—年代際氣候預測等三大關鍵科學問題中。