美国东北海岸洪水频率的高分辨率多年代际预测模型研究及其气候驱动机制解析

针对美国东北海岸(USNEC)日益严峻的洪水风险，研究人员通过1/12°高分辨率模型，揭示了大西洋经向翻转环流(AMOC)多年代际波动通过质量再分配机制调控区域海平面变化的规律，首次实现洪水频率的3-10年预测能力，为沿海防灾提供科学依据。

　　

随着全球变暖加剧，海平面上升已成为威胁沿海地区的最紧迫挑战之一。美国东北海岸(USNEC)作为海平面上升的热点区域，其洪水风险不仅受长期气候变化的驱动，更与海洋环流的多年代际波动密切相关。这片人口稠密的沿海地带，频繁的洪水事件已造成基础设施损毁、生态栖息地破坏等严重后果，亟需建立有效的预测体系。然而，当前对AMOC等关键海洋动力过程如何影响区域洪水频率的认知仍存在空白，更缺乏可靠的预测手段。

地球流体动力学实验室的研究团队创新性地构建了¹/₁₂°高分辨率动态降尺度预测系统，结合潮汐观测站(TG)百年数据和SPEAR全球再分析系统，首次揭示了AMOC多年代际波动通过"密度变化-质量再分配"双通路调控USNEC洪水的机制。研究发现，AMOC减弱阶段会引发深海变暖，通过建立大陆架断裂带的陡峭密度梯度，导致沿海质量加载增加，使得1920-1940、2005年后等时期的洪水风险提升20-50%。更突破性的是，该团队成功将AMOC的可预测性转化为实际预测能力——基于初始化的动力降尺度系统，不仅能提前10年预测温室气体驱动的长期洪水趋势，还可对AMOC相关的多年代际波动实现3年有效预测，验证准确度达0.73(P<0.01)。

关键技术包括：(1)GFDL开发的SPEAR耦合模型系统，整合MOM6海洋模块和AM4-LM4大气模块；(2)基于日本55年再分析数据的同化系统；(3)¹/₁₂°区域海洋模型MOM6_NWA12，精确模拟湾流位置和潮汐过程；(4)平均可预测时间(APT)方法量化多年代尺度预测技能；(5)采用NOAA潮汐观测站和卫星高度计数据验证。

【AMOC驱动的多年代际海平面变化】章节显示，通过回归分析发现AMOC负相位时，纽芬兰以东海域出现逗号形海平面异常，最高升幅达8毫米，这与TG观测的多年代波动(相关系数-0.73)高度一致。质量再分配项贡献占76%，证实了"深海变暖-大陆架质量加载"的通路机制。

【AMOC对洪水频率的调控】章节通过对比1983-2001基准期数据，发现2005年后AMOC负相位使波士顿以北站点年洪水日数增加8天。动力降尺度模型成功再现18.6年潮汐节点调制现象，如东港站1979、2016年的洪水峰值。

【多年代至年代际预测技能】章节APT分析表明，西北大西洋的极端海平面(ESL)频率存在7年完美模型预测期。实际预测中，外部强迫驱动的十年预测与观测相关达0.82，而AMOC相关的去趋势洪水频率保持3年显著技能(P<0.1)。

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究，首次建立了从AMOC多年代变异到区域洪水频率的可预测性链条。其重要意义在于：(1)揭示了当前USNEC洪水激增20-50%的海洋动力根源；(2)开发的¹/₁₂°预测系统突破性地将理论可预测性转化为实际预测能力；(3)为区分气候变化长期趋势与内部变率影响提供新范式。尽管模型尚未包含格陵兰冰盖融化等过程，但该框架为发展下一代海岸预警系统奠定基础，对人口超4000万的USNEC地区具有重大防灾应用价值。