科学通报 | 从非线性角度理解ENSO对全球变暖的响应

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对全球变暖的响应特征与机理，一直是气候科学的核心挑战与前沿热点。近日，蔡文炬院士团队在《科学通报》发表题为“从非线性角度理解ENSO对全球变暖的响应”的观点文章，创新性地从“非线性”视角切入，系统梳理了学界最新认知，揭示了ENSO响应中潜藏的“有序性”，为降低预测不确定性指明了新方向。

ENSO是全球年际时间尺度上最强的气候异常信号，其暖相位（厄尔尼诺）与冷相位（拉尼娜）的交替，深刻影响着全球极端天气、生态系统和粮食安全。厄尔尼诺事件期间，赤道中东太平洋海表温度异常升高，削弱赤道纬向SST梯度，导致信风减弱，并进一步加强海温暖异常, 这一过程被称为Bjerknes反馈。在此期间，大气对流东移，常在西太平洋引发干旱，却在秘鲁、厄瓜多尔等地带来洪灾。拉尼娜则呈现相反图景：赤道中东部太平洋异常变冷，西太平洋对流增强且集中，极易触发灾难性洪水与严重粮食短缺。

鉴于ENSO对全球气候的重要影响，其如何响应气候变化已成为国际气候学界的关键科学问题之一。已有研究表明，在21世纪末前的温室气体增暖背景下，多数气候模式预估沃克环流减弱，赤道东太平洋增暖速度快于周边地区，赤道太平洋温跃层变浅。同时，多数模式还预测ENSO的SST变率增加，这将导致强厄尔尼诺和强拉尼娜事件更频繁发生，两者间的快速转换以及持续的多年拉尼娜事件也将增多。然而，不同模式甚至同一模式的大集合试验间，对这些变化的预估仍存在显著差异，凸显了预测的复杂性。

团队在文章中独辟蹊径，将“非线性”作为理解ENSO未来响应的核心钥匙。他们指出，ENSO本质是一个高度复杂的非线性系统，其中非线性动力过程与维持ENSO的各种反馈机制之间存在较强的相互作用。这种非线性特性使其对初始条件极度敏感，而现实中初始条件永远无法被精确刻画。因此，预估其在温室气体增暖下的未来变化必然伴随不确定性，且其演变本身具有非线性特征。

团队揭示了一项突破性认识：即使在看似混沌随机的大集合试验模拟中，ENSO的长期演变背后潜藏着“有序性”。研究表明，初始的ENSO变率会系统性地影响一个世纪后ENSO对温室气体增暖的响应。这种跨越时间尺度的ENSO变率自我调节机制，为ENSO这一非线性系统在模式试验间的差异中表现出"有序性"提供了关键证据，也为有效降低未来ENSO预估的不确定性指明了有效途径。

文章进一步指出，在持续温室气体增暖下，ENSO的变化呈现非单调特征（并非简单直线上升或下降）。其中，气候平均态的改变（如东太平洋更快增暖、大气非对流区面积缩小）对ENSO变率具有强烈的非线性影响。ENSO及其响应的这种内在非线性本质，显著增加了其未来变化预估在振幅和时间上的不确定性。深刻认识非线性作用的重要性，成为减小不确定性的关键一步。

作者信息

蔡文炬，澳大利亚科学院院士、美国地球物理联合会会士、美国气象学会会士、崂山实验室领军科学家。主要从事全球气候变率及变化研究工作。

文章信息

蔡文炬, 耿涛, 吴硕, 王浩东, 贾凡, 吴立新. 从非线性角度理解ENSO对全球变暖的响应. 科学通报, 2026, 71(21): 4959-4964.

Cai Wenju, Geng Tao, Wu Shuo, Wang Haodong, Jia Fanm Wu Lixin. A nonlinear perspective in understanding projected El Niño-Southern Oscillation in a warming climate (in Chinese). Chinese Science Bulletin, 2026, 71(21): 4959-4964. DOI: 10.1360/CSB-2025-0258.

《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊，致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。

• 旬刊，每10天出版1期；

• 栏目：进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等；

• 《新锐期刊分区表》 综合性大类1区TOP期刊；

• 中国科技期刊卓越行动计划领军期刊；

• 入选2025年度世界一流科技期刊目录；

• 《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊，同时被EI、ESCI和Scopus等收录；

• 期刊官网：http://csb.scichina.com.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿