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美国海滩的橙色日落
美国海滩的橙色日落。 图片来源:Imad Touil / Alamy股票照片。
海洋变暖
2022年5月3日8:00

可以预测海上热浪“最长达一年”

多个作者

05.03.22
海洋变暖 可以预测海上热浪“最长达一年”

新研究发现,可以准确地预测到事件提前一年,海洋热浪 - 特殊温暖的海洋温度的持续时间持续了数周。

土地和海洋上的热浪都可以致命影响。但是,仍在预测即将到来的海洋热浪的努力落后研究预测陆基极端。

新研究发表在自然,为运营海洋热量的预测系统提供了基础,该系统可以预测即将来临的海洋热浪在撞击前一个到12个月之间。

作者发现,预测显示了热带地区最高的“技能”,但对于南方大部分地区的大部分地区来说,这一预测往往不太有希望 - 经常经历强烈但短暂的海洋热浪。作者补充说,30年记录中的“最高预测技能”是在1997 - 98年和2015 - 16年期间厄尔尼诺事件。

可靠的海洋热浪预测系统可以是提高海洋生态系统弹性的宝贵工具。例如,热浪的先进警告可以使渔业在高海洋温度降低生产率时保护物种免于被过度染色。

“我认为至关重要的是,预测开发人员与可能使用预测的社区紧密合作 - 我们可以帮助决策。”必威手机官网

海洋热浪

随着气候的温暖,极热变得越来越普遍,频繁和持久。

而严重的后果陆上热浪定期吸引报纸头条在世界范围内,海洋热浪通常较少。因此,全球监测海洋热浪的努力仍在落后他们的陆基同行。

然而,海洋热浪的影响可能是鲜明的。在2015 - 16年,“斑点席卷北太平洋。在2015年达到顶峰,这款海洋热浪覆盖了4m平方公里(KM2)海洋,从阿拉斯加延伸到墨西哥加利福尼亚州的墨西哥州。

这 ”致命”事件有“巨大的”对海洋生态系统的后果。高温导致初级生产下降 - 海洋植物生产食物生存和生长的过程 - 强迫和其他生物以寻找凉爽的栖息地。同时,有害藻华散布在水面上。

对当地生态系统的破坏导致质量死亡鱼,贻贝和螃蟹,以及成千上万饥饿的海狮在海滩上冲洗了。这“生态堆积的史无前例的变化也强迫鲸鱼靠近岸喂食,导致创纪录的数字纠缠在螃蟹渔网中。同时,2016年的一次珊瑚漂白活动30%的珊瑚在大障碍礁中。

加利福尼亚州海滩上的死海狮子有秃鹰,2019年
2019年,加利福尼亚州海滩上的死海狮子在加利福尼亚的海滩上Alamy Stock Photo

海洋热浪已经直接驾驶经济损失通过对旅游和捕鱼等行业的损害,超过8亿美元。

季节性预测

科学家使用季节性预测预测即将到来的全球天气事件,例如异常温暖的海洋温度。如今,此类预测由世界各地的许多预测中心提供。

Markus Donat博士- 一位气候科学家巴塞罗那超级计算中心谁没有参与研究 - 写了新闻和视图作品对于自然的发现。他解释说,季节性气候预测“是使用代表我们对物理气候系统理解的数值模型进行的”。多纳特补充:

“ [预测]中心还产生了大量的回顾性预测,这些预测是从过去初始化的。通过将回顾性预测与过去的观察结果进行比较,研究人员可以评估预测的质量,并确定他们在多大程度上提供值得信赖的信息。”

这项新研究使用季节性预测为运营的海洋热潮预测系统提供基础,然后预测1991 - 2020年海洋热浪的可能性。作者将“海洋热浪”定义为每月平均海面温度在这段时间内记录的海面温度最高的10%时。

为此,他们使用六种不同的全球气候模型,带有每月海面温度数据。然后,他们在过去30年中每个月都查看了整个世界的预测,并通过将预测与热浪的实际观察进行比较来评估预测的“技能”。

迈克尔·雅各克斯博士- 来自国家海洋和大气管理- 是研究的主要作者。他告诉《碳摘要》,必威手机官网该论文是“对模型如何预测全球海洋热浪的首次综合分析”。

“这是一篇非常令人兴奋的论文,”Alistair Hobday博士- 一位研究科学家联邦科学和工业研究组织,他没有参与研究 - 告诉碳摘要。必威手机官网他补充说:

“本文中多种模型的使用使结果变得更加强大,并且对结果的充满信心。”

“熟练”预测

该研究发现,在使用季节性预测时,海洋热浪的发作,强度和持续时间通常可以提前一年。但是,包括热浪强度,季节和交货时间(预测之间的时间与事件发生之间的时间)都会影响预测技能。

例如,作者发现较短的“交货时间”提供了更加熟练的预测。这类似于天气预报,第二天通常比下周更确定。

下图显示了四个不同的“交货时间”的季节性预测系统的预测技能 - 1.5、3.5、6.5和10.5个月。分数范围从-1(蓝色),表明没有技能,到1(红色),表明完美的技能。深红色表示更高的预测技能。

1991年2020年期间,六个全球气候预测系统发生不同交货时间的海洋热浪预测技能
地图表明1991 - 2020年期间,来自六个全球气候预测系统的海洋热浪MHW的预测技能不同。分数从-1(无技能)到1(完美的技能)不等。资料来源:Jacox等人(2022)。

作者发现,海洋热浪的预测在全球海洋的所有地区都具有“重要技能”,该领先时间长达两个月。在海洋的大区域中,仍然可以通过三到六个月的交货时间做出熟练的预测。

但是,该研究发现,在10.5个月的交货时间里,“重要的技能主要局限于东部热带太平洋以及印度洋,印度太平洋地区和东太平洋高纬度地区的部分”。

同时,在南部大部分地区和“西部边界当前区域”中可以看到“相对较差”的预测技能,无论其强度如何,海洋热浪都是短暂的。

研究人员发现,在某些地区(例如东北太平洋和印度洋)在北部山脉冬季初始化时,预测是最熟练的。但是,当在热带大西洋的北部山脉春季和东部热带太平洋夏季初始化时,它们往往会更加熟练。

这study also finds that high global-forecasting skill is seen when the El Niño Southern Oscillation (ENSO) is in an “active” state – that is, when an El Niño or La Niña event is occurring, rather than ENSO’s “neutral” state. The 30-year record saw the extreme 1991-92 and 2009-10 El Niño events and the 1998-2000 and 2010-11 La Niña events.

在下图中,与中性状态相比,当ENSO处于活跃状态时,地图(顶部)显示了3.5个月的铅预测技能(SEDI)的差异。红色表示高技能,蓝色表示低技能。该图(底部)显示了全球平均3.5个月的铅预测技能的时间序列。红色表示高度”海洋尼诺指数”(ONI)和厄尔尼诺事件和蓝色的事件表明较低的Oni和LaNiña事件。Y轴的高价值表明高预测技能(SEDI)。

ENSO活跃与中立的3.5个月领先预测技能
与中性状态相比,当ENSO处于活跃状态时,地图(顶部)显示了3.5个月的铅预测技能(SEDI)的差异。红色表示高技能,蓝色表示低技能。该图(底部)显示了全球平均3.5个月的铅预测技能的时间序列。红色表示高度的ONI和厄尔尼诺事件,而Blue表示较低的Oni和LaNiña事件。Y轴的高价值表明高预测技能(SEDI)来源:Jacox等人(2022)。

预先警告

准确地预测海洋热浪已被描述为“可能”重大胜利对于决策者。例如,对于渔业而言,预先警告可以使特定物种在降低生产率,在他的新闻和观点文章中写道,或者“准备增强生产力时,在增强生产力时,都可以保护特定物种,以免被过度捕捞。”同时,预测还可以告知资源分配以监视敏感站点。

但是,决策者所采取的行动取决于他们愿意在决定采取行动的风险水平。多纳特在他的文章中解释说:

“考虑到可能不会发生预测的海洋热浪的可能性,对所涉及的风险具有很高的容忍度可能希望避免采取行动。那些风险公差较低的人即使发生海洋热浪的概率很低,也可能会采取行动。

“最合适的决策阈值将是用户特定的,并取决于在不采取行动的情况下平衡行动成本与潜在损失或损害的成本。”

因此,研究指出,最终用户需要根据他们愿意接受的风险水平来确定应采取行动的“阈值”。

低阈值意味着即使发生海洋热浪的可能性很低,也会采取行动。这种规避风险的方法意味着,假否定率(决策者在海上热浪发生时未采取行动)的速度很低。但是,这也可能导致更多的假阳性 - 当采取行动时,但是海洋热浪没有实现。

相比之下,较高的温度阈值使得在热浪发生时更有可能不会采取动作,但可以最大程度地减少误报率。

该研究说:“个人用户必须平衡无所作为的风险与不必要的行动的风险。”

霍布·迪(Hobday)告诉Carbon Ship,该论文中概述了“将为海洋利益相关者提供很多思考的测试预测系统。必威手机官网

Jacox告诉Carbon Ship:“既然我们已经开发了预测,我们渴望与可以从使用它们中受益的人一起工作。”必威手机官网他补充说:

“作为第一步,我们创建了一个网站任何人都可以去看明年海洋热浪的预测。”

作者指出,可以产生针对区域量身定制的海洋热浪预测,但“预计它们会补充而不是取代全球预测”。

该研究补充说,将来,可以扩展海洋热浪的预测,例如,包括其他建模中心的耦合气候预测,以及在国际上进行协作。其他方法 - 例如机器学习它说,技术 - 也可以采用。

Jacox等。(2022)全球季节性预测,自然,自然,doi:10.1038/s41586-022-04573-9

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