“在沙漠中捕鱼”--揭示2023年极端沿岸厄尔尼诺事件机制

你见过在沙漠中捕鱼吗？受上升流影响，秘鲁沿岸沙漠遍布，是地球上最为干旱的地区之一。然而在2023年春季，秘鲁、厄瓜多尔沿岸出现严重的洪涝灾害，持续的暴雨在沙漠中汇聚出一个巨大的湖泊（图1，上），周边经验丰富的渔民会闻讯赶来，从而上演一出在沙漠中捕鱼的奇景（图1，左下）。受强暴雨的影响，秘鲁沿岸地区洪水泛滥（图1，右下）， 并爆发了秘鲁史上最严重的登革热疫情，导致超过300人死亡。导致这一切的幕后元凶就是我们今天要介绍的——极端沿岸厄尔尼诺现象。

图1. 2023年极端沿岸厄尔尼诺事件导致秘鲁沿岸出现罕见的“沙漠湖泊“以及在沙漠中捕鱼的奇景，同时在秘鲁、厄瓜多尔等国家引发了强烈的洪涝灾害。

传统意义上，厄尔尼诺被认为是热带中东太平洋区域大范围增温的现象，当其发生时会对全球气候系统产生重要影响。然而，最新研究表明，在秘鲁、厄瓜多尔等沿岸地区存在一种特殊的厄尔尼诺——沿岸厄尔尼诺现象。这种厄尔尼诺现象通常仅局限于东南太平洋沿岸地区，在2-4月份出现，且发生时热带太平洋其他地区通常处于异常偏冷的状态（弱拉尼娜）（图2）。极端沿岸厄尔尼诺发生时，在东南太平洋区域伴随着强烈的局地海气耦合过程，对沿岸国家的气候、经济及生态等产生重要影响。与我们熟知的海盆尺度厄尔尼诺相比，这种沿岸厄尔尼诺在物理机制、时空演化和影响等方面都存在显著差异。鉴于此类事件在观测纪录中出现的次数较少，学术界对其主要物理过程和诱发机制尚存在争议。加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的彭启华博士和谢尚平教授等利用大量观测数据和数值模式试验对该事件的主要驱动因子及海气耦合过程进行了深入研究，相关成果近期发表在期刊《Science Advances》上。

图2. 2023年极端沿岸厄尔尼诺事件对应的SST（填色）， 降水（等值线）和风场（箭头）异常。

该研究首次发现，强烈的MJO信号与南美陡峭的安第斯山脉间的相互作用是诱发这类极端沿岸厄尔尼诺事件的重要因子。在2023年3月初，MJO在其对应的第8位相出现近50年来最强的信号（图3，左上）。强的第8位相MJO活动会在赤道东太平洋区域诱发强劲的西风异常，当这些强的西风异常信号遇到陡峭的安第斯山脉后会以开尔文波的形式向极传播（图3，右上），从而在秘鲁沿岸地区驱动出强的北风异常（图3，下排）。海洋模式结果表明无论是赤道东太平洋的西风异常还是秘鲁沿岸的北风异常都是该极端沿岸厄尔尼诺生成的主要驱动因子。另一方面，这些风场扰动使得东南太平洋出现气旋式风场异常，因而有利于该地区极为罕见的热带低压系统（如2023年的Yaku）的生成，从而会进一步增强这些风场的异常。

图3. 2023年极端沿岸厄尔尼诺事件期间的MJO信号及其与安第斯山脉的相互作用。左上：MJO指数。左下：2023年3月8日至10日降水和海表风分布。右下：v10（海表风）与赤道东太平洋区域平均的季节内u10的相关系数（回归系数）分布。

大气模式结果表明，当与MJO以及热带低压系统相关的风场异常使得沿岸海温超过对流阈值后，会在东南太平洋区域生成深对流，进一步增强跨赤道异常北风的强度，从而在沿岸地区激发沿岸Bjerknes正反馈（图4）。这种正反馈对于维持和增强这类极端事件起到了关键作用，并为数值模式对该类事件的预报提供了技巧。此外，数值模式的结果还显示沿岸海温的增加反过来会增强大气内部的扰动，特别是有利于热带低压系统的生成，从而会增强东太平洋区域的风场异常（图4），形成正反馈。

图4. 2023年极端沿岸厄尔尼诺事件期间强的局地海气耦合过程示意图。

该研究揭示了2023年极端沿岸厄尔尼诺事件的主要海气耦合过程和诱发机制，从而有助于加强对该类事件主要特征及形成机理的系统认识，并为该类事件的预报以及防灾减灾提供重要的科学依据。

相关论文：

Peng, Qihua, Shang-Ping Xie, Gino A. Passalacqua, Ayumu Miyamoto, and Clara Deser. "The 2023 extreme coastal El Niño: Atmospheric and air-sea coupling mechanisms." Science Advances 10, no. 12 (2024): eadk8646.

论文链接：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adk8646