一雨纵横亘二洲，浪淘天地入东流。太平洋是世界上最大、最深和岛屿最多的大洋。

   从上世纪80年代至今，海洋所海洋环流与波动重点实验室（以下简称环流室）的科学家们，一次次前往热带西太平洋海域，在烈日和风雨中观测取样，在起伏的波涛中笃志前行。

   多年的探索与积累，数载的坚持与沉淀，终于迎来收获的时节。近年来，他们的成果挂满枝头，荣誉铺满来路。

   聚焦热带西太平洋环流结构、变异及其气候效应这一重大问题，国际首次对西太主流系开展了长期连续同步观测，建成了安全自主可控的西太平洋科学观测网；观测发现诸多新的次表层海流，系统揭示西太平洋环流三维结构及其季节内到年代际的多尺度变异与机制，阐明了深层西边界流、中层流与上层的能量通道；揭示西太暖池分裂现象及对厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的影响，发现全球变暖将削弱太平洋—大西洋年际信号的联系；提出大洋入侵陆架的地形β螺旋理论，提出完善了首个中科院海洋所冠名的ENSO预测模式并国际发布……

NPOCE国际计划 从跟跑到引领

   西太平洋向来是国际合作调查研究的热点海域之一。早在上世纪80年代中期至90年代中期，美国就曾牵头发起和组织热带海洋与全球大气（TOGA）计划和世界大洋环流实验（WOCE）计划，针对热带西太平洋环流进行了一系列大型调查研究。在TOGA和WOCE计划执行期间，中国是计划参与者之一，并在其实施过程中发挥了重要作用。

   然而，随着1993年TOGA—COARE实验的结束，国际大规模西太平洋调查研究热潮归于平静，中国也随之停止了相关调查研究。鉴于西太平洋在海洋环流与海气相互作用研究中的重要地位，中国、美国、日本等国科学家对于再次开展大规模西太平洋海洋环流调查研究均跃跃欲试。

   “当时我就一直在想，中国可不可以自己先组织牵头干呢？这是一个巨大的机遇和挑战，我们要抓住它，干个十年八年，我们在这个领域的研究水平和能力一定能够大幅度提升。”中国科学院院士胡敦欣说。

   经过几年的筹备，2010年，以胡敦欣为首的中国科学家倡导发起的NPOCE（西北太平洋海洋环流与气候实验）国际计划获国际CLIVAR组织批准并顺利启动，这是我国发起的海洋领域第一个大型国际合作计划，共有来自中国、美国、日本、澳大利亚、韩国、德国等8个国家的19个研究院所参与。该计划围绕西北太平洋海洋环流及其与邻近环流系统的相互作用、在暖池维持和变异中的作用，以及区域海气相互作用及其气候效应等主题开展研究。

   经过10年的不懈努力，NPOCE国际计划研究团队已完成了西太平洋深海潜标科学观测网的建设，共布放潜标30余套，并已具备了潜标数据实时传输的能力。以此为基础，环流室的科研人员在西北太平洋海洋环流与气候研究上取得一系列突破性科学进展，多项研究成果在《自然》《物理海洋学杂志》等期刊发表；相关成果获中科院杰出科技成就奖，山东省自然科学奖一、二等奖，海洋工程科学技术奖一等奖；入选中科院改革开放四十年40项成果展，入选2019年“海洋科技十大进展”。

   胡敦欣说：“NPOCE国际计划的成功实施，显著提升了中国在国际海洋与气候研究领域的影响力和话语权。”

西太平洋环流与暖池 从现象观测到机制解析

   西太平洋的环流非常复杂，有着全球最大的暖池，暖池任何微小的变动都会对大气环流产生影响，进而改变区域和全球气候。

   海洋所环流室主任、研究员尹宝树介绍，海洋动力过程与气候、近海动力过程及环境效应是当今物理海洋学发展的重要科学前沿，对其正确的描述、认识和预测，在气候预测、国防安全、海洋环境保护、海洋资源开发与可持续利用、防灾减灾等方面起着不可或缺的支撑作用，有着重要的科学意义，也是国家重大需求所在。

   有了西太实时科学观测网这一“利器”，西太环流的研究如虎添翼。

   基于连续的潜标观测数据，胡敦欣、王凡、袁东亮等研究团队于国际率先直接连续观测到棉兰老潜流、吕宋潜流和北赤道潜流，以及一支新的北赤道次流和热带西太平洋经圈翻转环流的三明治结构，系统揭示了太平洋西边界流系和赤道流系的三维结构特征以及不同海流分支的多尺度变异规律；揭示了暖池分裂现象及机制，提出了可提前近半年预测南海夏季风暴发的海洋因子，为提高我国季风气候预测水平提供了科学依据；提出了印太海盆相互作用的“海洋通道”机制，找到了可以突破ENSO春季预报障碍的海洋流场预报因子，使得赤道东太平洋冷舌区海面温度异常的预报性大大提高，对于开展短期气候预测具有重要意义。

   作为西太环流中一支重要的西边界流，黑潮是全球海洋中的第二大暖流，其水色深蓝，远远看去酷似黑色，因而得名。在北向流动过程中，黑潮会经由吕宋海峡入侵南海，还会经由台湾东北部入侵东海陆架，甚至会到达长江入海口，其高温高盐的海水和陆架海水进行物质和能量交换，从而影响我国近海的动力环境和生态系统。长期以来，大洋水入侵陆架边缘海的形式及其支撑理论一直是国际上悬而未决的重要科学问题。杨德周、尹宝树等提出地形β螺旋动力学理论，在世界大洋具有普适性，填补了大洋环流理论与陆架动力学理论之间长期缺失的理论空白。在此基础上，进一步发现了大洋黑潮向长江口临近海域赤潮高发区营养盐物质输送的关键通道，为近海生态环境与灾害演变规律研究提供了新视角。

海气耦合模式从无到有 在国际ENSO实时预测领域发出中国声音 

   ENSO是仅次于季节变化的最强年际气候变化信号，是热带太平洋海洋—大气相互作用的产物，其发生演变受地球流体力学和海气相互作用过程的控制。ENSO会在世界很多区域引起极端的天气，我国北方的干旱、南方的洪水、梅雨季节推迟等都与它相关。它带来的温暖海水，也会影响鱼类的成群移动，破坏珊瑚礁的生长等。目前，利用数值模式可以实现提前6~12个月的ENSO实时预测，但精度仍存在着巨大的挑战和不确定性。

   海洋所环流室研究员张荣华等通过开发海洋次表层海温反算技术，发展和改进了一个中间型海气耦合模式（ICM），用于ENSO相关的数值模拟和实时预测研究。自2015年以来，以中科院海洋所冠名的中等复杂程度海气耦合模式（IOCAS ICM），每月定期进行实时预测试验，结果收录于美国哥伦比亚大学国际气候研究所。这是第一个以我国国内单位命名的海气耦合模式为国际学术界提供ENSO实时预测结果。

   利用这一模式做实时预测，首先将实时观测到的海表温度等资料进行模式初始化，为IOCAS ICM提供预测初始场；在此基础上进行未来12个月的热带太平洋海表温度的预测；再将预测结果与实际观测结果进行比较、分析，以此不断改进模式和预测产品。

   张荣华表示，用模式做ENSO实时预测最难的部分是海气耦合模式自身的构建和改进。“我们进行海气耦合模式发展和改进，是一个十分复杂、繁琐的系统工程，一定要足够细心且有耐心，保证每一行模式代码都不能出问题。一旦出现哪怕是一个小小的错误，就可引发整个系统运行发生错误，导致模拟和预测的失败。这样就要在几十万行代码中，逐行检查、调整，直到整个模式可以稳定运行并且性能良好。”

   他把自己的工作比作“造汽车”，“我希望这个模式能成为海洋和大气科学研究者的使用工具，就像汽车成为交通工具一样。造好了之后，别人根据‘指南’，既能开也能坐”。最近他专注于模式使用指南的整理，要把30多年来模式开发心得和相关科研成果整理成书，为其他研究者提供参考。

   在环流室，像张荣华这样坚守多年、摸索前行的人不在少数。这些探索者们脑海里装着的是无边无际的汪洋大海、全球尺度的气候变化，胸中存着的是至真至纯的科学目标和国家需求。

   海洋环流与波动重点实验室的故事未完待续，西太环流还有很多奥秘等待他们来开启。