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“走向深海”系列讲座
【“走向深海”系列讲座第19期】乔方利:海洋与气候模式的挑战、发展与展望
时间:2017年11月17日 21:44来源: 点击数:

2017年11月15日下午,国家海洋局一所党委书记、副所长乔方利研究员应北京大学数学科学学院、十大外围app的邀请,在理科一号楼为我校师生做了一场题为“海洋与气候模式的挑战、发展与展望”的精彩报告。中国科学院院士、北京大学数学科学学院张平文教授主持讲座。


乔方利研究员

张平文教授主持讲座

作为长期奋战在海洋与气候模式研究一线的海洋先锋,乔方利研究员逐本求源、砥砺前行,实现了核心技术的突破,在国际上原创建立了海浪致混合理论,发展了实用的飞沫方案;突破近绝对均衡剖分、主从核协调等系列关键技术,设计了超千万核的海洋模式高效并行算法,高效并行能力居于世界科技前沿,研制了全要素海洋资料同化方法。其次,在海洋模式发展这一核心领域,他在国际上首次建立了海浪-潮流-环流耦合模式FIO-COM;在国际上找到了提高台风强度预报精度的有效方法,并建立了FIO-AOW;首次建立了包含波浪气候模式,将国际经典热带偏差减小一半。其研发的高分辨率海浪-潮流-环流耦合数值预报系统自2006年起已正式在国家业务预报保障系统中运行,上述理论与核心技术突破使我国在海洋模式发展领域实现了从跟随到国际领先的跨越。另外,在再分析资料方面,他发起了我国海洋领域首次全球再分析资料集的制作,精度总体超过目前国际领先的美国HYCOM再分析资料,长时间尺度的再分析资料制作仍需大规模计算资源的支撑。

讲座现场

本次报告中,乔方利研究员分别从海洋与气候模式的挑战、海洋浪-潮-流耦合模式发展、台风与气候模式发展、业务预报系统建设、未来发展展望等五个方面,回顾了海洋与气候模式的发展历程与核心挑战,分析该研究领域未来的发展趋势。报告内容丰富精彩,吸引了多个学科、十多个院系单位的师生参加。

乔方利研究员首先介绍了其所在的海洋环境科学与数值模拟实验室的定位,突出强调了海洋与气候数值模式体系的研究方向。区分了研究海洋的两个主要手段:监(观)测和模式,他表示,监测是一个国家经济实力的体现,模式是一个国家科研水平的表征。在阐述海洋与气候模式的挑战时,他首先讲述了数值模式的重要性,随后介绍了海洋环流模式均面临模拟夏季上混合层偏浅、海洋表层温度偏高(而次表层偏低)等诸多共性问题。海气耦合模式面临的突出挑战是台风强度预报的长期瓶颈,气候模式面临的挑战则为夏季海洋MLD偏浅、热带偏差等。以此引出其对关键研究方向的科学理解。在介绍了国际海洋模式的发展历程之后,乔方利研究员抽丝剥茧,讲述了其研究团队率先在国际上原创性建立浪致混合理论的研究历程及该理论的验证过程。

海洋浪-潮-流耦合模式发展的阐述是从为何耦合海浪、为何耦合潮流、海洋再分析数据制作三方面展开的。乔方利研究员提到,浪致混合理论已经被美国、瑞典、英国、德国、澳大利亚、匈牙利及我国十余个研究组在不同海洋环流模式中实际应用,均显著改进了其模式性能。而其自主发展的不依赖模式的海洋全要素同化系统,也为实际的海洋预报系统建设与气候预测提供了坚实的技术基础。

全球内潮模拟图

提及台风与气候模式发展,乔方利介绍了台风强度模拟改进过程中,过去几十年遇到的共性问题是台风强度模拟偏差,而新型海气耦合台风模式则将海浪的飞沫纳入到对海气热通量的影响,显著改进了台风强度的预报精度。在气候模式发展领域,乔方利研究员重点介绍了其发展的首个包含海浪的地球气候模式FIO-ESM V1.0,该模式参加了第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5),这是我国海洋领域首次参加国际耦合模式比较计划。

问答环节

在业务预报系统建设方面,自2006年起,乔方利率团队创建了两代海洋环境业务化数值预报系统,已在国家海洋环境预报平台业务运行,近期与国家气候中心联合攻关,改进国家气候业务化预测系统。对于未来的发展,乔方利提出了三点展望:第一,混合与海气通量2个关键物理过程;第二,基于多运动形态耦合科学过程理解,发展实质耦合的无缝模式;第三,基于高效并行、网格及数值算法等,发展全新的我国海洋模式。他表示,我国海洋与气候模式正处于腾飞期,真诚期待与大家的务实合作。

讲座现场

乔方利研究员的报告内容深刻而丰富,言语诙谐而风趣,态度和蔼而可亲,在分享知识、拓宽视野的同时,两年看透一张图的他,也让在场听众领略到了科学工作者埋头苦干、精益求精、不断突破的科学精神,让大家在启迪中收获感动,在感动中收获动力。正如乔所说,“海洋足够大,多少人跳进来都行”,海洋领域为跨学科研究提供了无限可能,海洋研究院也希望借助“走向深海”系列讲座的平台,能够继续引发多学科交叉研究的头脑风暴,激发各专业师生研究海洋的无限热情。


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