最新研究：全球变暖导致北太平洋涛动对ENSO事件的影响增强

中国科学院大气物理研究所陈尚锋研究员和云南大学陈文教授，联合浙江大学、美国斯克里普斯海洋研究所、加拿大环境部和英国剑桥大学的相关学者，在中高纬气候系统影响ENSO研究领域取得新进展。最新研究揭示出全球变暖导致冬季北太平洋涛动对ENSO事件的影响显著增强以及增强的机制。研究成果以 “Strengthened impact of boreal winter North Pacific Oscillation on ENSO development in warming climate”为题在国际学术期刊《NPJ Climate and Atmospheric Science》上发表。

北太平洋涛动与ENSO

北太平洋振荡 (NPO) 是北太平洋热带外地区重要的大气环流模态，其空间结构表现为北太平洋中纬度和副热带之间海平面气压异常的反相振荡。观测资料显示，过去许多ENSO事件发生前一冬季存在NPO异常事件，表明冬季NPO异常是ENSO事件发生的重要前兆信号。当冬季NPO的南侧中心出现异常气旋时，副热带东北太平洋地区信风减弱，这导致向上湍流热通量减少和局地海温升高。副热带北太平洋异常暖海温通过风-蒸发-海温反馈机制得以维持，并在随后夏季传至赤道中太平洋，进而激发赤道西太平洋异常西风，影响随后的厄尔尼诺事件。最近的研究指出NPO相关的大气环流强迫是中部型和多年型厄尔尼诺事件发生的重要因素。因此，NPO是ENSO事件多样性和复杂性的重要来源。目前还不清楚在全球持续变暖的情况下，NPO对ENSO事件的影响会增强还是减弱。解答这一问题不仅有助于预估ENSO事件的未来变化，还可以提升我们对中高纬气候系统影响热带海气系统物理机制的理解。

全球变暖导致NPO对ENSO的影响增强

图1. CMIP6模式中当前气候时期 (蓝色条) 和未来气候时期 (红色条) 冬季赤道中东太平洋 (a) 海温和 (b) 降水对前一冬季NPO的响应。MME代表CMIP6模式集合平均，误差条表示bootstrap检验10000次再抽样的一倍标准偏差范围。当前气候时期 (蓝色条) 和未来气候时期 (红色条) 冬季赤道中东太平洋 (c) 海温和 (d) 降水对前一冬季NPO响应的概率分布。(c) 和 (d) 中的绿色线表示响应的平均值，点状区域表示bootstrap检验10000次再抽样的一倍标准偏差范围。(e) 当前气候时期冬季NPO指数回归的下一年冬季海温和850 hPa风场异常。(f) 未来和当前气候时期冬季海温和850-hPa风场对前一冬季NPO响应的差异。(e) 和 (f) 仅显示通过95%显著性水平的海温和风场异常。

基于CMIP6多模式资料、大样本集合试验和AGCM模式模拟，陈尚锋研究员等揭示出全球变暖加强了冬季NPO对ENSO事件的影响。具体表现在冬季NPO异常引起的赤道中东太平洋海温、环流和对流异常显著增强，NPO事件伴随ENSO事件发生的概率也明显增加 (图1)。全球变暖导致副热带北太平洋背景海温升高。由于海温和蒸发之间存在非线性关系，这一背景海温升高显著增加了副热带北太平洋地区的风-蒸发-海温反馈强度。因此，在全球变暖的情况下，尽管NPO的空间结构和强度变化不大，但其引发的副热带海温扰动能够激发更强的大气响应，产生出更强的赤道西太平洋低层纬向风异常，从而对ENSO事件的影响增强。这一研究结果表明，随着未来变暖的持续，NPO将成为影响ENSO事件发生和发展更为重要的前期因子，这也意味着我们更有可能提前一年对ENSO事件进行有效的预测。

该研究得到国家自然科学基金 (项目编号42175039、42230605) 和云南省自然科学基金 (项目编号202302AN360006) 的共同资助。

文章信息：

Chen, S.-F., W. Chen, S.-P. Xie, B. Yu, R. Wu, Z.-B. Wang, X.-Q. Lan, and H.-F. Graf, 2024: Strengthened impact of boreal winter North Pacific Oscillation on ENSO development in warming climate. npj Climate and Atmospheric Science, 7:69, https://doi.org/10.1038/s41612-024-00615-3.