从遥远海洋的壮美现象，到服务现实的科学探索——中国学者持续深化两类ENSO领域研究

来源：中国气象局

ENSO是厄尔尼诺与南方涛动的合称，主要表现为热带太平洋中东部海表温度的异常波动以及相对应的大气环流变化。

尽管不为公众熟知，但研究ENSO现象却具有重要意义：其时间周期以数年计，影响范围囊括从中低纬度延伸至两极、从太平洋到欧亚大陆的广大区域，与全球天气气候、海洋状况、农业生态、能源金融等诸多方面联系密切。因此，科学认识ENSO是洞悉全球气候系统规律的关键，更对提升气候预测能力、应对极端天气灾害、保障生态安全和经济社会发展具有重大价值。

“传统上，海温异常中心多出现于赤道东太平洋，但很多年份异常中心会明显西移，更靠近中太平洋。”中国气象科学研究院研究员任宏利介绍。因而，学术界逐渐形成了“东部型ENSO”与“中部型ENSO”的“两类ENSO”概念。这使得相关研究更为复杂，特别是对二者形成机理和动力机制探索尚显不足，致使研究人员难以真正把握其变化规律，也给业务上的气候预测带来严峻挑战。彼时，任宏利敏锐意识到这一国际前沿，并响应国家在ENSO预测方面的重大需求，带领团队投身该领域研究。

此前，任宏利团队主要研究气候预测，尚未涉足ENSO领域，且国际上对两类ENSO机理探索尚处起步阶段，可借鉴成果有限，团队不得不从零开始。过去15年间，由任宏利及来自中国气象科学研究院、国家气候中心、南京信息工程大学等多位学者组成的ENSO研究团队，系统性地开展了“两类ENSO现象的动力学机理、气候影响与预测方法研究”这一前沿课题。一系列创新成果进一步深化了对ENSO多样性变化及气候影响的科学认知，不仅成功应用于国家级气候业务中，更显著提升了我国在该领域的国际学术影响力和业务能力。

要识别ENSO变化规律，首先需建立可刻画其特征的指标。当时国际主流的ENSO指标难以有效区分两类ENSO事件。为此，任宏利团队致力于构建专用于两类ENSO的新指标，并于2011年研发成功，该指标不仅得到国际学术界广泛认可，成为相关研究和业务的首选指数之一，更被纳入国家级气候业务的标准监测指标体系，至今仍为中国气象局与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）气候业务采用。团队进一步研究发现，相较于传统东部型ENSO，中部型ENSO对我国气温、降水的影响因区域、季节和位相不同而差异显著，与海温异常中心纬向位置改变所引起的海洋—大气响应差异密切相关。这重塑了ENSO对东亚气候预测可预报性贡献的传统认知，为ENSO相关预测业务发展提供了重要理论支撑。

任宏利团队还同期进行了两类ENSO动力学诊断工具的研发，开发出可针对不同类型ENSO增长率和周期性的诊断工具，为学术界剖析两类ENSO动力过程提供了多功能“手术刀”。基于该工具，团队系统研究了两类ENSO的特征和机理，取得多项突破：颠覆了“中部型ENSO与东部型完全不同、多呈孤立事件、几无振荡性”的传统认知，通过剔除过去研究误将中太平洋海温的年代际慢变信号视为ENSO组成部分的干扰，发现两类ENSO表现出一定的动力学相似性，且各自遵循着独特的充放电振荡机制，为团队建立分别适用于两类ENSO的预测模型奠定理论基础；团队还突破了“两类ENSO仅存在空间位置差异”的传统观念，首次从时空多样性角度明确指出二者在时间尺度上的显著区别，即东部型ENSO具有更长周期，中部型ENSO周期相对较短，这一差异正是造成二者可预报性“东长中短”的根本原因，在国际学术界产生重要影响。

另一困扰学界的难题是：对ENSO事件定义缺乏统一标准。这导致不同国家、不同领域对ENSO现象的监测与分析结果常常彼此不一甚至相互矛盾。对此，任宏利带领团队研究制定了我国自己的ENSO国家标准——《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》，为ENSO事件的起讫、时长、强度、类型等提供了科学判别依据。该标准于2017年正式发布，为大气海洋等相关业务部门和科研人员提供了统一、可靠的判别依据。

2015—2017年，基于自主研发的ENSO预测模型和相似误差订正方法，团队开发出全球首套专用于两类ENSO的动力—统计相结合预测系统。该系统投入国家级业务运行，填补了两类ENSO业务空白，极大推动了我国ENSO预测业务能力提升。团队创新研发的ENSO监测-预测一体化业务产品在全国推广，其预测结果每月在国际权威ENSO预测机构发布。

全球气候变化加剧背景之下，ENSO自身正不断呈现出多样化甚至复杂化趋势，这无疑带来一系列新挑战。尽管已取得多项突出成就，任宏利领衔的ENSO研究团队并未止步，而是朝着新的方向继续推进ENSO科学探索：“它一直在变，我们的认知和工具也需紧跟其步伐，让这一远在热带太平洋上的壮美现象，始终处于人类科学的洞察之中。”

（作者：陈啸龙 责任编辑：张林）