近日，由海洋试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室首席科学家张荣华研究员领衔的科研团队在厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）及其预测研究领域取得新成果。
厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是气候系统中最强的年际变率模态，表现出显著的年代际变化，包括其两个位相的不对称性、可持续多年的厄尔尼诺/拉尼娜等。例如，ENSO在1976-1977年前后发生的一次显著的年代际变化（对应于所谓的气候突变），以及上世纪90年代末至本世纪初以来出现多次的双拉尼娜事件（图a）。ENSO表现出多样性和复杂性，尤其是本世纪以来双拉尼娜事件的连续出现是在气候变暖的背景下发生的，目前学界对其影响因子和过程仍缺乏清楚的认知、缺少合理的解释。同时，本世纪以来，海气耦合模式对ENSO的预测能力明显下降，为实时预测带来较大的挑战。
鉴于此，张荣华团队研究指出，2020年为拉尼娜年，次年（2021年）发生了二次变冷。2021年春季和年中赤道中东太平洋SST冷异常演变受海气系统中正、负反馈过程的影响 （图b），其中与Bjerknes反馈相关的次表层冷异常对SST的影响是一个局地的正反馈，以维持赤道东太平洋局地SST冷异常；同时，自赤道西太平洋远程传播来的次表层海温暖异常的影响是一个负反馈，以减弱东边SST的冷异常。当前者占主导作用时，赤道东太平洋趋向于变冷；反之，当后者占主导作用时则趋向于变暖。研究认为，上述过程间的相对主导作用受年代际或更长时间尺度上温跃层结构及其变化的调制。例如，在年代际尺度上，本世纪以来热带太平洋处于冷位相时期，赤道东太平洋温跃层变浅为次表层对海表冷却效应的局地强化提供了先决条件，有利于2021年赤道东太平洋SST冷异常状态的维持，也可解释本世纪以来拉尼娜可持续多年的现象。此外，ENSO年代际变化及相关主导过程导致了其可预报性的年代际变化。例如，作为ENSO发生的前兆信号，西太平洋暖水堆积一般会超前ENSO6-9个月发生，但自本世纪以来，因温跃层结构的年代际变化，这一ENSO发生的先决条件不再提前如期出现，造成ENSO的预测能力的显著下降。科研团队利用中科院海洋所海气耦合模式（IOCAS ICM）进行ENSO实时预测试验，实时预测结果表明，该模式可提前约一年成功预测2021年热带太平洋SST异常的演变，包括二次变冷的发生和在2021年6月的转向（图c）。模式能合理表征以上所分析的相关过程及其对SST影响的相对主导性，是其预测成功的重要原因。
图例：（a）2007年1月-2022年2月观测到的SST异常沿赤道的分布；（b）影响2020-2021年赤道中东太平洋SST冷异常态的主要过程的示意图；（c）2020-2021年间Niño3.4区SST异常演变（其中黑线为观测，彩线表示由IOCAS ICM从不同的初始条件预测12个月的结果；实时预测结果可在IRI网站获取。
上述研究成果及观点近期以Recent ENSO evolution and its real-time prediction challenges(ENSO近期演变及其实时预测挑战)为题发表于学术期刊National Science Review（国家科学评论，NSR；影响因子>17），由海洋动力过程与气候功能实验室张荣华研究员、高川副研究员,国家海洋环境预报中心冯立成研究员共同完成；研究得到了中科院海洋所和战略性先导科技专项、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、国家自然科学基金等联合资助。
文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac052