气候建模者将海洋生物地球化学和渔业添加到未来上升流的预测中

少数高产渔业为10亿人提供食物，雇用数千万人。这些渔业发生在世界海洋的东部边缘 - 美国西海岸，加那利群岛，秘鲁，智利和本格拉。在那里，一种称为上升流的过程将冷水和营养物质带到地表，这反过来又支持了人类赖以生存的大量大型海洋生物。

由德克萨斯A&M大学的研究人员领导的一个新项目正在寻求了解气候和海洋的变化将如何影响美国和世界各地的渔业。

“我们对气候变化将如何改变上升流以及未来渔业的可持续性将如何受到影响感兴趣，”德克萨斯A&M大学(TAMU)路易斯和伊丽莎白谢克海洋学Ping Chang说。“事实证明，当我们提高气候模型的分辨率时，我们发现上升流模拟变得更加接近现实。

该项目由美国国家科学基金会(NSF)资助，旨在制定中长期渔业预测，由一些有史以来分辨率最高的耦合气候预测驱动。它是融合加速器第一阶段的16个项目之一，旨在解决“蓝色经济”，即可持续利用海洋资源促进经济增长。融合项目整合了来自不同科学学科的学者。

由海洋学家Piers Chapman领导的TAMU团队包括计算气候建模者，海洋生物地球化学建模者，渔业建模者，决策支持系统专家以及来自学术界，联邦机构和工业界的风险沟通学者。

国家大气研究中心(NCAR)的Chang和Gokhan Danabasoglu领导了该研究的气候建模部分。他们使用德克萨斯高级计算中心(TACC)的Frontera超级计算机 - 美国最快的学术超级计算机 - 来推动他们的研究。

在1990年代，海洋生物学家安德鲁·巴贡(Andrew Bakun)提出，气候变暖会增加东部边界地区的上升流。他推断，由于陆地变暖的速度快于海洋，陆地和海洋之间的温度梯度将驱动更强的风，从而使上升流更强。然而，最近的历史数据表明，相反的情况实际上可能是常态。

“过去写的许多论文都使用粗分辨率模型，不能很好地解析上升流，”Chang说。“到目前为止，高分辨率模型预测大多数地区的上升流，而不是增加。这些模型预测这些水域的温度会更高，而不是更冷。在智利和秘鲁，变暖相当显着 - 在最坏的情况下变暖2-3ºC，这是一切照旧。这对上升流来说可能是个坏消息。

发生上升流的地区相当狭窄和局部，但它们对海洋生态系统的影响非常大。例如，东太平洋上升流只有大约100公里宽。政府间气候变化专门委员会(IPCC)使用的气候模型的分辨率为100公里，因此只能为上升流区域生成一个数据点，不足以准确预测未来的变化。

另一方面，Chang和他的同事使用的模型在每个方向上使用10公里的分辨率。这些分辨率是 IPCC 模型的 100 倍，并且需要大约 100 倍的计算能力。

Chang的研究依赖于两组独立但相关的模拟。第一组涉及高分辨率耦合地球系统模型的集成(相同的模型运行，起点略有不同，以产生统计上有效的结果)。第二个包含大气中观测到的数据，以生成真实的海洋状态，然后用于初始化模型预测。从1982年开始，它将进行五年的回顾性预测，以确定模型在预测上升流效应方面的技能。

“你可以做出多远的预测是有限的，”Chang说。“超过一定的时间限制，模型就不再有技能了。五年后，我们的模型仍然显示出有用的技能。

该团队于 2023 年 <> 月在《自然通讯地球与环境》上报告了他们的结果。

蓝色经济项目延续了TAMU-NCAR团队数十年来升级全球气候模型的努力，使其分辨率更高，物理精度更高。该团队使用的模型是IPCC最新报告中包含的少数高分辨率地球系统模型之一，并且正在由IPCC小组委员会进行探索。它们代表了全球气候建模的未来。

在10公里的分辨率下，研究人员认为，模型有可能真实地生成热带气旋或大气河流等极端天气事件，以及对特定地区气候将如何变化的更精确预测。然而，这种分辨率的模型仍然无法解析云，这需要几公里分辨率的模型，目前只能对短期而不是气候时间尺度进行集成。

捕获地球系统的努力继续改进。

TAMU-NCAR项目将是首批将海洋和渔业模型的生物地球化学模型纳入10公里分辨率的地球系统模型的项目之一。

“TACC在为像我们这样的研究人员提供资源以解决科学的基本问题方面是独一无二的，”Chang说。“我们的目标不是常规预测。我们想要的是更好地了解当前气候模型中缺少的地球系统动力学，以使我们的模型和方法更好。如果没有Frontera，我不知道我们是否可以像现在一样进行模拟。这很关键。”

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