【研究成果】海洋模式比較計畫OMIP的台灣之光—台灣多尺度社區海洋模式

撰稿  /  朱舢樺 (科學推展中心特約編輯)

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在電影『明天過後』故事中，全球暖化快速導致大西洋經向翻轉環流（AMOC, Atlantic meridional overturning circulation）減弱，造成冰河時期快速的來臨，極端氣候災難不斷發生，地球趨向毀滅。對於地球系統來說，海洋占地球表面積超過七成，能夠吸收大量二氧化碳和熱量。其中，全球洋流循環系統肩負了全球氣候調節的重責大任。大西洋經向翻轉環流作為系統中重要的一環，其及其伴隨環流系統的變化，能夠直接改變海洋生態系統以及造成極端天氣等災害。故而在全球暖化趨勢下，近年來科學上重要議題，即著眼於大西洋經向翻轉環流在未來情境下的變異。

高精準度的海洋模式—台灣多尺度社區海洋模式TIMCOM

理學院海洋研究所曾于恒教授在過去十年間率領台灣研究團隊成功開發出一套高效能的台灣多尺度社區海洋模式（TIMCOM, Taiwan Multi-scale Community Ocean Model），並首次代表台灣參與第六次國際耦合模式比較計畫（CMIP6） 之下的海洋模式比較計畫（OMIP, The Ocean Model Intercomparison），為台灣團隊的唯一一次參與，此研究於2022年9月發表於期刊Ocean Modelling。

台灣多尺度社區海洋模式是台灣本土自行研發的高精準度海洋模式，能夠模擬台灣周遭海域的小尺度環流變化，近期更加入了海洋渦漩參數化以及海冰模式，以模擬全球海洋與海冰系統的長期變化。

海洋模式比較計畫兩個階段分別為OMIP1和OMIP2，OMIP1為過去第五次國際耦合模式比較計畫（CMIP5） 之下的海洋模式比較計畫，最近的OMIP2採用比OMIP1較高時間頻率及較高水平解析度(horizontal resolution)的大氣驅動力希冀比較不同大氣驅動力對海洋模擬是否有很大影響。本研究基於這兩個不同的大氣驅動力分別進行實驗，同時比較過往的海洋觀測（如HadISST海表面溫度場、北大西洋RAPID測線等）來驗證TIMCOM。研究指出，TIMCOM成功模擬全球大洋常見的特徵，例如：全球表面海水的溫度趨勢，如圖1中的（a），可以看出因為全球暖化造成海水溫度上升；而北極與南極極區的海冰覆蓋範圍（SIC, sea-ice coverage）趨勢，如圖1中的（b）和（c），紅色線和藍色線分別為OMIP1與OMIP2兩實驗的模擬，黑色線則為實際觀察資料，在統計上兩者的曲線極為相似，可以看出北極的海冰覆蓋範圍在過去數十年有不斷下降的趨勢。

完美重現大西洋經向翻轉環流近期變化趨勢

TIMCOM更成功模擬了最近五十年來大西洋經向翻轉環流變化以及近十年內的增加趨勢，圖1（d）和圖2。在國際間有極多參與海洋模式比較計畫的模擬皆難以模擬到最近這十年內大西洋經向翻轉環流的增加趨勢，甚至有研究懷疑是否是這是大氣驅動力造成的問題。圖2中的黑色虛線是來自RAPID （Rapid Climate Change Programme）計畫所觀測的實際數據，藍色實線是OMIP2的模擬結果。由此可知，TIMCOM成功重現了大西洋經向翻轉環流的變化。

團隊透過不同的敏感度實驗，發現45度以北大西洋上層海洋的鹽度垂直混合過程可能為大西洋經向翻轉環流變化的關鍵因子，研究也探討海冰變化使密度通量增強可能導致大西洋經向翻轉環流在近十年內的增加趨勢，此現象同時伴隨南極繞極流（Antarctic Circumpolar Current）的增強。研究並指出全球暖化很可能會繼續造成南大洋緯向流的增強。

易於使用的TIMCOM，已在全球有許多應用，本研究更為大西洋經向翻轉環流的變化因子提出了嶄新的觀點。