刘传玉 研究员/博导,海洋中小尺度动力学研究团队负责人

海洋中小尺度动力学、海洋混合与气候效应
研究方向: 海洋中小尺度动力学、海洋混合与气候效应
岗  位: 研究员/博导,海洋中小尺度动力学研究团队负责人
部  门: 海洋环流与波动重点实验室
联系方式:
电子邮件: chuanyu.liu@qdio.ac.cn
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刘传玉,中国科学院海洋研究所研究员,博士生导师,主要研究方向为海洋中小尺度动力学、海洋混合、海洋数值模拟及海洋数据同化,当前,开展部分人工智能海洋学应用研究。 2015、2016、2017、2025年分别获中国科学院、国家、海洋国家实验室、山东省人才项目资助。2024年5月作为副总设计师承担中国科学院战略先导性科技专项(A类)任务;2024年8月获国家自然科学基金委重点项目资助。

海洋中小尺度过程是当前国际研究前沿和热点,本人十余年来致力于海洋中小尺度动力过程、海洋混合及其大尺度效应研究,通过提升观测能力、理论创新和改进数值模拟技术等手段,取得了良好的成果,主要成果包括:

一)中尺度与亚中尺度:给出了中尺度涡致各向异性混合规律并阐释其机理,为海洋模式和海气耦合模式改进提供参考;发现了不同垂向结构斜压不稳定波发生规律及其与不同垂向结构中尺度涡发生规律的机制联系,为不同结构中尺度涡的观测预测提供理论依据;新提出了导致海洋上层(混合层附近)亚中尺度普遍的不稳定性理论-亚中尺度Charney型不稳定,突破了前人广为接受的Eady型理论;发现了热带不稳定波Rossby波状涡旋模态和Yanai波状赤道模态(即vTIW和eTIW双模态)倾斜流态结构;发现了太平洋赤道区域及北赤道潜流区域次表层热带不稳定波。

二)小尺度:系统阐释了热带不稳定波对温跃层混合规律的影响;揭示了不同动力模态和时空尺度赤道波动(赤道陷波)对复杂垂向结构和时间变异湍流混合的影响机制;发现了热带障碍层混合并揭示其对上层海洋影响规律。通过上述工作,确立了赤道温跃层(次表层)混合的普遍存在性,给出了热量从表层向更深层传输的新机制;提出了利用Argo温盐剖面而估算湍流混合系数的新的参数化/量化方案,据此提出了中部型ENSO的非绝热正反馈机制,是ENSO理论重要创新。

三)海洋内部参数“最优”估计及人工智能反演预报:为补充观测能力和理论认知不足,利用国际先进的四维变分(伴随)同化技术开展最优海洋状态估算研究及高影响海气事件(如El Niňo和TIW)对关键海洋参数的敏感性研究,为理论创新、针对性观测设计和数值模拟改进提供直接参考。反演给定了全球海洋侧向和垂向混合系数的平均最优结构并解释了其发生机制,引领国际对海洋混合系数的最优反演估算工作;构建了 “两洋一海”(太平洋-南海-印度洋)四维变分(伴随)同化及大洋状态估算系统(TOOSSE),模拟结果良好。正在开展高分辨率(O(1km)海洋模拟、状态估算研究,以及利用深度学习等人工智能方法开展海洋混合参数及海洋状态反演与预报研究。

在Nature Communications(一作2篇), Journal of Physical Oceanography, Geophysical Research Letters, Journal of Geophysical Research, Ocean Modelling等国内外专业期刊发表论文50余篇。代表性成果得到了中国科学院院士、美国国家科学院院士、美国地球物理学会会士等国内外顶尖科学家引用;被十几次大篇幅单独引述;被Nature Climate Change, Nature Communications, Science Advances等顶级期刊。

教育经历

2004-2009年,中国科学院海洋研究所,物理海洋学,获博士学位

2000-2004年,中国海洋大学海洋系,获学士学位

工作经历

2016年-至今,中国科学院海洋研究所,博士生导师

2015年-至今,中国科学院海洋研究所,特聘研究员、研究员

2009-2015年,德国汉堡大学海洋研究所,博士后助理研究员

正在承担项目

1.国家自然科学基金委重点项目:内部强化型海洋中尺度涡形成与变异机制及其对太平洋热带辐合带(ITCZ)上层海洋温度的影响 (主持,2025年1月-2029年12月,经费:230万)

2.中国科学院战略先导性科技专项(A类)项目:关键海洋过程预报技术研究(主持, 2023年10月-2026年9月,经费:700万)

3.国家重点研发计划“热带西太平洋海-气界面过程精细化协同观测与数据融合”项目课题:多尺度数值模拟和资料同化融合(参与, 2022年12月-2027年11月,经费:57万)

4.崂山实验室“十四五重大项目”(“海洋中小尺度动力过程对气候变化的响应和反馈”)课题“气候变化背景下海洋内波和赤道中小尺度波动变异机理及其对湍流混合的影响”(主持, 2022年10月-2025年9月,325.50)

5.中国科学院国家重大科技基础设施维改项目:基于“科学”号的海洋动力环境自主观测系统研制(参与; 2021年11月-2025年12月,经费:857万)

发表的代表性文章(限10篇)

1.Liu, C.*, Wang, F., Köhl, A, Wang X., Wang, C. Richards, K. Subsurface ocean turbulent mixing enhances central Pacific ENSO. Nature Communications, 16, 2315 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57058-4

2.Feng, L., Liu, C.*, McWiliams, J. C., Wang, F. Global distribution and Seasonal Variations of Charney-type Submesoscale Baroclinic Instabilities (C-SBCIs). Journal of Geophysical Research: Oceans, 2025, 10.1029/2024JC022103 (in press).

3.Weisheng Yang; Chuanyu Liu*; Armin Köhl; Jin Wang; Xin Wang; Fan Wang; The Adjoint-based Favorable Winds for the Generation of the Central Pacific El Niño, Journal of Climate, 2023. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0548.1

4.Liu, C.*, Huo, D., Liu, Z., Wang, X., Guan, C., Qi, J., & Wang, F. (2022). Turbulent mixing in the barrier layer of the equatorial Pacific Ocean. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL097690. https://doi.org/10.1029/2021GL09769

5.Liu, C.*, Feng, L., Köhl, A., Liu, Z., & Wang, F. (2022). Wave, vortex and wave-vortex dipole (instability wave): three flavors of the intra-seasonal variability of the North Equatorial Undercurrent, Geophysical Research Letters, DOI: 10.1029/2021GL097239

6.Ling Feng; Chuanyu Liu*; Armin Köhl; Detlef Stammer; Fan Wang* (2021), Four Types of Baroclinic Instability Waves in the Global Oceans and the Implications for the Vertical Structure of Mesoscale Eddies. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2021, 126: 1-24.

7.Chuanyu Liu*, Xiaowei Wang, Zhiyu Liu, Armin Köhl; William Smyth, Fan Wang (2020), On the formation of a subsurface weakly sheared laminar layer and an upper thermocline strongly sheared turbulent layer in the eastern equatorial Pacific: interplays of multiple time scale equatorial waves. Journal of Physical Oceanography, DOI: 10.1175/JPO-D-19-0245.1

8.Chuanyu Liu*, Liyuan Fang, Armin Köhl; Zhiyu Liu, William Smyth, Fan Wang (2019), The Subsurface Mode Tropical Instability Waves in the Equatorial Pacific Ocean and Their Impacts on Shear and Mixing. Geophysical Research Letters, 46. https://doi.org/10.1029/2019GL085123

9.Chuanyu Liu*; Xiaowei Wang*; Armin Köhl; Fan Wang; Zhiyu Liu (2018), The northeast-southwest oscillating equatorial mode of the tropical instability wave and its impact on equatorial mixing. Geophysical Research Letters, 2018, 70:559-571. DOI: 10.1029/2018GL080226.

10.Chuanyu Liu*; Armin Köhl; Zhiyu Liu; Fan Wang; Detlef Stammer (2016), Deep-reaching thermocline mixing in the equatorial Pacific cold tongue. Nature Communications, 2016, 7(1): 0~11576