全球变暖背景下渤黄海波候未来变化及其响应机理

Global warming will cause long-term change and significant variation of regional response of wave dynamics, which would greatly influence regional marine environment, human life and activities in the coastal areas. It’s still a research gap that how about future change and response mechanism of wave climate for the Bohai and Yellow Sea under global warming, which is of great scientific significance and application valuable in many sides including ocean dynamics studies, the safety of marine engineering, marine energy development and preventing and reducing coastal disasters for Chinese marine areas. In the present study, we will investigate climate change features and response mechanism of sea waves for the Bohai and Yellow Sea based on observations and modeled results (1950-2100) using statistical and theoretical analysis methods. The spatial and temporal change features and trend of wave climate for the Bohai and Yellow Sea in the 21st century under different global warming scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) will be addressed. The response variations of wave climate change over the BYS will be quantified for different RCPs, seasons, time intervals and sub-regions. More importantly, the future climate change of features of BYS wind filed and the East-Asia circulation system and their functioning processes and mechanism on the wave climate change over the BYS will be investigated. As a result, this study will be a significant potential scientific reference for comprehensive assessment of climate change risks as well as preventing and reducing natural disasters over the BYS under global warming.

全球变暖会引起波浪动力环境的长期变化及其显著的区域响应差异，对区域海洋环境、海岸带人类生产生活有着重要影响。全球变暖背景下，渤黄海波候未来变化如何、其响应机理如何尚是研究空白，开展相关研究对中国近海动力环境变化研究、海洋工程安全、能源开发、海岸带防灾减灾等有着重要科学意义和应用价值。本研究将基于渤黄海波浪观测及高分辨率动力降尺度模拟结果（1950-2100年），采用统计和理论分析相结合的方法，揭示渤黄海波候的变化特性及其响应机理。重点研究21世纪温室气体不同排放情景（RCP4.5和RCP8.5）下渤黄海波候时空变化特性和趋势，量化分析波候对不同排放情景、季节、时段和分区的响应差异。揭示渤黄海风场和东亚环流系统未来变化特性，探讨渤黄海波候对渤黄海风场和东亚环流系统变异的响应机制，为全球变暖背景下系统评估渤黄海气候变化风险及海岸带防灾减灾提供科学依据。

区域气候对全球变暖的响应是气候变化研究的前沿热点之一。科学理解东中国海波候对全球变暖的响应特征及机理，对认知中国近海动力环境变化、保障海洋工程安全、海岸带防灾减灾等有着重要价值。本研究利用高分辨率波浪模式WAM开展了西太-东中国海波浪降尺度模拟：分别完成了ERA5再分析风场驱动的波浪后报模拟（1979-2019），高分辨率CCLM-MPIESM风场驱动的历史（1979-2005）和未来预估模拟（RCP2.6和RCP8.5情景，2021-2050和2071-2100）。基于站点和卫星观测数据对历史模拟结果进行评估发现模式能够很好的刻画有效波高、平均波周期等波浪特性。基于模拟结果，发现平均波高和极值波高在不同排放情景、季节、时段情况下差异显著。在RCP8.5情景下，2021-2050年和2071-2100年东中国海春季大部分区域有效波高将降低；整个东中国海2071-2100年秋季有效波高将减小，且以渤黄海区域降低百分比更为显著（<-8%）。极值波高方面（99%分位数有效波高），历史气候条件下，夏季的极值波高最大，在东中国海东南部海域大于5米，其次是秋季和冬季，春季极值波高最小。极值波高未来预估变化相对于平均波高更为强烈。2021-2050年夏季极值波高增加最显著，在南黄海和东海区域增加12%以上，其分布形态和同时期RCP2.6情景下较为一致，但前者强度变化更大。基于典型相关分析等方法，发现南海中南部和西太区域的环流场是夏季东中国海波浪变化特征的主要控制因子，而冬季，局地风场的变化叠加南海和西太环流场的变化是东中国海波高分布特征的主要控制因素。研究成果有利于深入认知全球变暖背景下东中国海区域海洋动力环境的变化，同时研究产生的高分辨率波浪后报和预估数据可服务于海洋工程安全标准的设计以及海浪能源开发利用等国家重大需求。研究成果在JGR-atmospheres、Frontiers in Marine Science等SCI期刊上发表文章9篇，全面完成了项目预期研究目标，关于东中国海高分辨率波候模拟数据将在国际海浪气候研究计划（The Coordinated Ocean Wave Climate Project）网站上发布。