https://mp.weixin.qq.com/s/zjFarHPDpfaqISolJrnk9Q
原创 海洋遥感er 海洋遥感Dynamic和AI 2026年2月2日
「题目」：A 1-km resolution global ocean simulation promises to unveil oceanic multi-scale dynamics and climate impacts
「作者」：Jingwei Xie, Jiangfeng Yu, Yanzhi Zhou, Hailong Liu, Junlin Wei, Xiang Han, Kai Xu, Maoxue Yu, Zipeng Yu, Pengfei Lin, Jinrong Jiang, Weipeng Zheng, Tao Zhang, Rong Wang, Zhao Jing, and Lixin Wu
「单位」：Laoshan Laboratory
「期刊」：The Innovation
主要发现和创新
该研究团队成功开发并运行了一个水平分辨率高达1公里的全球海洋环流模型（LICOM）。这是迈向“公里级”或“涡分辨率”全球海洋模拟的一个重要里程碑。该模拟首次在全球尺度上以如此高的分辨率刻画了从大洋环流到中尺度涡旋乃至亚中尺度过程的连续能量谱，显著提升了对黑潮延伸体、吕宋海峡等关键海域复杂多尺度动力过程的表征能力，为更精确理解海洋在气候系统中的作用提供了前所未有的工具。
引言：海洋模拟的重要性与演变
海洋作为地球系统至关重要的组成部分，因其巨大的热容量、复杂的多尺度环流和可观的碳储存能力，对全球气候有着深远影响。海洋环流模型是一种用于求解海洋流体和热力学控制方程的数值工具，可以模拟海洋环流和物理状态，从而助力海洋环境预报和气候预测。
首个海洋环流模型由Kirk Bryan于1969年开发，其分辨率仅为数百公里。进入21世纪以来，数值方法、高性能计算和物理海洋学的进步显著推动了海洋建模的发展。模型变得日益复杂，拥有更精密的动力内核和物理参数化方案，并纳入了海气相互作用、海冰动力学和潮汐效应等更多相关过程。
挑战：追求高与超高分辨率
水平分辨率是衡量一个海洋环流模型发展水平的关键指标，而追求更高的分辨率一直是海洋建模史上的永恒主题。更高的分辨率意味着模型能够解析更小尺度的海洋过程，例如中尺度涡旋（水平尺度约10-100公里）和亚中尺度过程（约1-10公里）。这些过程虽然尺度小，但它们在能量串级、物质输运和气候反馈中扮演着核心角色。然而，将全球海洋模拟的分辨率提升至公里级，面临着巨大的计算成本和科学挑战。
「图1. LICOM全球海洋模拟在2016年1月19日的快照」（（A）全球1公里模拟的表面动能。（B）（A）中黑潮及其延伸区域的放大图。（C）（B）中黑框所示的中尺度涡旋示例，显示了表面罗斯贝数（定义为相对涡度的垂直分量除以科里奥利参数）以及侧边的上层海水温度。（D）在黑潮延伸体区域，以10公里（左）、2公里（中）和1公里（右）水平分辨率模拟的表面动能。（E）该区域的表面动能谱。（F）吕宋海峡区域的海底地形。（G–I）1公里模拟的表面动能、温度和罗斯贝数。（J）10公里模拟的表面罗斯贝数。初始场来自2016年1月1日的GLORY512版本1再分析数据。）
突破：1公里分辨率全球模拟的首次展示
该研究团队利用发展的LICOM模型，成功完成了全球1公里分辨率的海洋模拟。图1展示了此次模拟的一个快照结果。图1A和1B清晰地显示了全球表面动能的分布，特别是西边界流区域如黑潮的高动能特征。当分辨率从10公里提升至2公里再到1公里时（图1D），模拟出的黑潮延伸体区域的海洋涡旋结构变得更加精细、丰富和清晰。动能谱分析（图1E）表明，1公里分辨率模拟成功捕捉到了从百公里尺度到十公里尺度的连续能量谱，标志着模型已经能够解析中尺度涡旋的动力学。
更重要的是，在吕宋海峡这样的复杂地形区域（图1F），1公里分辨率模拟（图1G-I）揭示了由地形和潮流相互作用激发的、充满亚中尺度结构的复杂流动图案，其表面罗斯贝数（一种衡量流动旋转强度的无量纲数，定义为相对涡度与科里奥利参数之比，即 ）显著高于10公里分辨率模拟的结果（图1J）。高值意味着这些过程的旋转特征明显，非地转效应（即惯性力与科里奥利力可比拟）变得重要，而传统的较低分辨率模型无法准确刻画这些物理过程。
意义与前景：通往更精准的地球系统预测
这项1公里分辨率的全球海洋模拟突破，其科学意义重大。首先，它使得在全局范围内同时研究大洋环流、中尺度涡旋和亚中尺度过程及其之间的相互作用成为可能，有助于阐明海洋能量从大尺度向小尺度传递的完整路径。其次，更真实的海洋涡旋模拟能够改进对海洋热量、碳和养分垂向输运的估算，这对于理解海洋在调节全球气候和生态系统中的作用至关重要。最后，这项工作是发展下一代高分辨率地球系统模型的关键一步。将如此高分辨率的海洋模型与大气、海冰、生物地球化学等模块耦合，有望显著提升对极端天气事件、长期气候变化以及相关 impacts 的预测能力。
当然，公里级分辨率的全球模拟仍处于起步阶段，面临长期积分稳定性、参数化方案调整、海量数据存储与分析等挑战。然而，此次成功的初步模拟已经展示了其巨大的潜力，标志着物理海洋学和气候科学进入了一个新的、能够洞察海洋多尺度动荡世界的新时代。
「推荐文献」
Xie J, Yu J, Zhou Y, et al. (2025). A 1-km resolution global ocean simulation promises to unveil oceanic multi-scale dynamics and climate impacts. The Innovation 6(7), 100843.
https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.100843
| 
发表于 