厄尔尼诺衰退期强气候影响的定量解释

厄尔尼诺衰退期强气候影响的定量解释

厄尔尼诺现象是气候系统中年际变率最为显著的海气耦合现象，其衰退阶段对全球气候的影响尤为显著。近期，来自国家海洋环境预报中心、北京师范大学等机构的研究团队，从热带海气相互作用的角度，为这一现象提供了定量化的解释。

研究背景

厄尔尼诺，作为气候系统中年际变率最为显著的海气耦合现象，不仅对全球气候具有深远的影响，还导致极端天气事件的频率和强度显著增加。厄尔尼诺的衰退位相会造成西部北太平洋反气旋异常，对东亚地区降水产生显著影响，同时可通过改变遥相关型影响南美洲东北、东南部、印度地区、北美等区域降水，造成巨大的经济损失和社会影响。

尽管已有研究表明厄尔尼诺的发展阶段和衰退阶段在热带海温异常幅度上相当，但其在衰退阶段对全球的气候影响更为显著，然而对其成因仍缺乏定量解释。该研究联合国家海洋环境预报中心、北京师范大学、中国海洋大学及中国科学院南海海洋研究所的学者，从不同经向结构热带海气作用的角度出发，为厄尔尼诺衰退位相的气候影响显著大于其发展位相提供了定量化的解释。

研究内容

该文利用大气和海洋再分析数据，从不同经向结构的角度对厄尔尼诺发展和衰退位相的大气环流与热带海温之间的关系进行了比较。研究发现，随着厄尔尼诺事件从发展至衰退，热带经圈环流的空间模态发生了显著转变，主模态由赤道近似对称的空间结构转变为赤道非对称的空间结构（见图1），这种转变与下垫面海温异常的空间分布紧密相联。

通过对热带经圈环流和海温进行经向结构分解，定义了不同经向结构下海气响应强度的评估方法，发现在厄尔尼诺衰退阶段，海气响应幅度约是发展阶段的两倍（见图2）。进一步地，该文通过引入Kuo-Eliassen（KE）拓展方程，指出非绝热加热是造成不同位相海气响应差异中的关键。

图1 厄尔尼诺发展阶段和衰退阶段哈热带经圈环流的第一模态（HC-EOF1）和第二模态（HC-EOF2）的空间分布特征。(a) 厄尔尼诺发展阶段下，多套资料集合平均下的热带经圈环流第一模态（0.2×1010 kg s-1），零线加粗显示。(b) 与(a)相同，热带经圈环流第二模态。(c) 和 (d) 与(a) 和 (b) 相同，但是厄尔尼诺衰退阶段的热带经圈环流的空间模态分布。

图2 基于ERSST5数据集和大气再分析数据集，厄尔尼诺发展阶段和衰退阶段热带经圈环流环流与海温间的响应关系。(a) 厄尔尼诺发展阶段热带经圈环流与海温间的关系（非对称部分的响应用深红色表示，对称部分的响应用深青色表示）。(b) 发展阶段的热带海气响应强度。(c) 和 (d) 与(a) 和 (b) 相同，但是为衰退阶段下的结果。蓝色星号表示在90%置信水平下，非对称部分响应的趋势显著大于对称部分的响应趋势。六边形表示在90%置信水平下，对称部分的响应趋势显著大于非对称部分的响应趋势（基于RSD t检验）。

研究团队

该研究由来自多个机构的专家共同完成，包括：

• 季轩梁，国家海洋环境预报中心，副研究员，硕士生导师。主要从事热带海气相互作用、海洋生态动力学、海洋碳循环等方面的研究。

• 冯娟，北京师范大学地理科学学部，教授，博士生导师；国家优秀青年科学基金获得者。主要从事热带海气相互作用、气候变化、极端气候事件等方面的研究。

• 李建平，中国海洋大学未来海洋学院院长，教授，博士生导师。主要从事气候动力学与可预报性、东亚季风动力学及其预测、海-陆-气相互作用、环状模及其影响等方面的研究。

• 陈幸荣，国家海洋环境预报中心，研究员，硕士生导师。主要从事大尺度海气相互作用、短期气候预测、海洋与气候变化等方面的研究。

• 王春在，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室主任，研究员，博士生导师。主要从事海洋-大气相互作用、气候变化、海洋灾害和极端天气气候事件等方面的研究。