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专利 成果

蔡文炬

来源:        2020-08-10

工作单位澳大利亚联邦科学与工业研究组织

通讯地址:青岛市即墨区鳌山卫问海中路168号

电子邮箱:Wenju.cai@csiro.au

研究领域:

全球气候变化

主持项目:

1.Earth Science and Climate Change Hub Australia National Environment Science Programme 2015-2020 300(澳元/年)

2.Climate change impact on monsoon and water resources in Australia and China Australia China Collaboration fund 2010-2014 100(澳元)

3.Response of the Indo-Pacific system to global warming. Department of Climate Change and Water 2005-2015 40 (澳元/年)

(经费单位为万元)

 

成果及获奖情况等:

取得的学术成果,及其创新点、具有的学术价值、论文引用情况、所产生的经济和社会效益等:

全球气候变化,尤其是全球变暖及与之相伴的极端气候事件频发已成为世界各国将长期面对并且关系到国计民生的重大问题。如何认识和了解全球及区域气候变化,积极、主动、科学地应对其影响是全世界科学发展所面临的艰巨任务。申请人长期从事气候变化研究,具有极高的国际学术声望,曾担任国际气象组织世界气候研究计划(WCRP)下的气候变率及可预测性项目(CLIVAR)太平洋委员会联合主席,目前是CLIVAR科学指导委员会(这是CLIVAR的最高学术机构)成员。过去20年中发表论文百余篇,SCI引用超过4500次,他引超过4000次,h-指数为36。其中近五年在Nature,Nature Geoscience, Nature Climate Change等海洋与气候国际权威杂志发表论文60余篇,主要创新性成果如下:

(1)系统揭示了全球变暖对热带太平洋海洋气候模态的影响,发现了全球变暖加剧南大洋辐合带振荡的现象并提出了理论机制,揭示了极端厄尔尼诺和拉尼娜现象的增多现象,及其与气候背景态之间的联系。

以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)为代表的热带太平洋海气耦合系统对全球气候有重要的影响。这些海气耦合模态(过程)对全球变暖的响应,是目前全球气候变化研究领域的热点问题。近五年申请人在这一领域取得了系列突破性进展,引领了这一研究方向的国际发展趋势。在2012年申请人及合作者揭示出从太平洋气候态在赤道区域比其他区域的增暖速度快,这将导致南太平洋辐合带(SPCZ,南半球最大的降雨带)的加倍振荡,最终导致严重的干旱,洪涝,热带气旋的分布异常等极端气候事件。这些工作以系列论文的形式发表在Nature和Nature Climate Change等国际重要气候研究期刊。以这个工作为启发,申请人又进一步研究了气候态增暖对ENSO的重要作用,发现极端厄尔尼诺和拉尼娜事件在全球变暖背景下均有显著的增多,发生频率达到全球变暖前的2-3倍,并且揭示了海洋动力过程在其中扮演的重要角色。相关研究的系列成果发表在Nature、Nature Climate Change等刊物。申请人综合这一系列研究成果,于2015年以第一作者身份在Nature Climate Change发表综述性论文全面阐述这一科学问题。这些发现阐明全球变暖会导致更多的气候极端事件以及相应的灾害,这对气候的长期预估预测有重要的理论价值。

(2)系统性阐明了热带印度洋偶极子模态(IOD)动力过程、气候效应及对全球变暖的响应。

除了ENSO之外,热带印度洋的海气相互作用会对亚澳季风系统有重要的调制作用。理解并阐明印度洋海气耦合过程对东亚气候,特别是我国气候的短期预报具有重要的意义。申请人近五年对热带印度洋的主要海气耦合模态——印度洋偶极子模态(IOD)的发展过程中的特征和主要动力过程进行了全面研究,揭示出海洋动力过程对偶极子非对称性的重要作用;阐明了印太海盆海温异常,特别是IOD对澳大利亚和东亚气候包括降水和干旱事件的重要影响;全面揭示了IOD模态对全球变暖的响应特征及机理,2013年(以第一作者)在Nature Geoscience上发表综述性论文;2014年发现全球变暖会导致极端IOD事件发生频率的大幅上升,相关成果发表于Nature。这一系列成果对IOD模态的特征、物理机制、气候效应以及对全球变暖响应等一系列问题进行了全面的阐述,引领了国际上IOD研究的方向。对亚澳区域气候的未来预测具有重要的意义。

(3)全面回顾了太平洋西边界流系统对气候的重要影响。

西边界流是沿大洋西部边缘大陆坡流动的流速较快且流幅较窄的海流,是全球大洋环流圈的一个重要组成部分。申请人在2015年作为通讯作者与国际多位西边界流专家一起在国际顶级刊物Nature撰写综述文章,首次全面回顾和总结了目前对于太平洋西边界流系结构、变率及其气候效应的共识,并指出了全球变暖对太平洋西边界流系统的影响。目前研究表明,在季节和年际尺度上,整个太平洋西边界流系统会共同向南或向北移动。从气候变化的角度来讲,太平洋西边界流系统具有重大且深远的气候影响力,可通过多条路径来影响全球气候发展:通过与南中国海环流、热带太平洋暖池和印尼贯穿流的相互作用;通过西边界流区中持续存在的海表温度异常及其对大气的反馈作用;通过对全球热盐环流的影响。而在全球变暖背景下,太平洋西边界流系统的响应会呈现出与气候变率不一样的异常形态,并且具有很大的不确定性。文章最后指出,只有通过广泛深入的国际合作才能填补目前关于太平洋西边界流的观测、理论和技术空白,从而确定并理解太平洋西边界流对全球变暖的响应及其对气候变化的影响。

基于以上研究成果,申请人在过去5年内发表学术论文60余篇,包括第一和通讯作者19篇。这其中发表于Nature及其子刊(Nature Climate Change, Nature Geoscience, Nature Communications)14篇。文章总他引次数超过1100次。其中2014年发表于Nature Climate Change上的第一作者论文单篇他引超过170次。这些成果加深了人们对气候变化的理解,特别是全球变暖背景下热带海洋-大气系统的响应特征得到了全面的阐述,为人类社会应对气候变化提供了丰富的理论基础。这些成果以表明,申请人目前已经是世界上气候变化研究领域的领军人物。

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