近日，海洋環流與波動重點實驗室張榮華團隊在學術期刊《國家科學評論》（National Science Review，NSR；影響因數>17）上發表關於ENSO近期演變及其實时預測挑戰方面的觀點性文章Recent ENSO evolution and its real-time prediction challenges。
厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是氣候系統中最强的年際變率模態，可影響全球天氣和氣候。ENSO表現出顯著的年代際變化，包括其兩個位相（厄爾尼諾和拉尼娜）的不對稱性、永續多年的厄爾尼諾/拉尼娜等。例如，ENSO在1976-1977年前後發生了一次顯著的年代際變化（對應於所謂的氣候突變），另一次年代際變化發生於二十世紀90年代末：自本世紀初以來，拉尼娜事件較頻繁發生而厄爾尼諾事件發生頻率相對較少，其中一個引人注目的現象是出現多次雙拉尼娜事件，包括2010-11年和2020-2021年（圖a）。確實，ENSO表現出多樣性和複雜性，尤其是本世紀以來雙拉尼娜事件的連續出現是在氣候變暖的背景下發生的，其影響因數和過程仍不十分清楚、還缺少合理的解釋。同時，自本世紀以來，海氣耦合模式對ENSO的預測技巧明顯下降，給實时預測帶來較大挑戰。
張榮華研究團隊給出如下觀點：
1. 2020年為拉尼娜年，次年（2021年）發生了二次變冷。2021年春季和年中赤道中東太平洋SST冷异常演變受海氣系統中正、負反饋過程的影響（圖b），其中與Bjerknes迴響相關的次表層冷异常對SST的影響是一個局地的正回饋，以維持赤道東太平洋局地SST冷异常；同時，自赤道西太平洋以下沉Kelvin波形式遠程傳播來的次表層海溫暖异常的影響是一個負反饋，以减弱東邊SST的冷异常。這樣，赤道東太平洋SST冷异常的演變是由次表層冷异常的局地作用和暖异常的遠程作用共同决定的，當前者占主導作用時，赤道東太平洋趨向於變冷；反之，當後者占主導作用時則趨向於變暖。
2.這些過程間的相對主導作用受到年代際尺度或更長時間尺度上溫樓中樓結構及其變化的調製。例如，在年代際尺度上，本世紀以來熱帶太平洋處於冷位相時期，赤道東太平洋溫樓中樓變淺為次表層對海錶冷卻效應的局地强化提供了先決條件，有利於赤道東太平洋SST冷异常狀態的維持；同時，赤道西太平洋溫樓中樓變深，使得遠程來自赤道西太平洋次表層暖异常對海錶的增暖效應較弱。2021年年中赤道東太平洋SST冷异常態的維持和轉向表明該海區溫樓中樓變淺引起的局地正回饋占主導作用，這也可解釋本世紀以來拉尼娜現象出現多年的持續性。
3. ENSO年代際變化及相關主導過程導致其可預報性的年代際變化。現時，海氣耦合模式已可提前半年或更長時間對ENSO進行成功預測，但由於春季預報障礙現象等，仍較難準確預測ENSO的位相轉變（如從拉尼娜事件向中性或厄爾尼諾事件的轉變）。例如，自本世紀以來，ENSO的預測能力顯著下降，其中部分原因是熱帶太平洋中ENSO發生的先決條件出現了變化。特別地，作為ENSO發生的前兆訊號，西太平洋暖水堆積一般會超前ENSO 6-9個月發生，但自本世紀以來，由於溫樓中樓結構的年代際變化和中部型ENSO現象的頻繁發生，這一前兆訊號不再如期提前出現，這反映來自西太平洋次表層海溫暖异常對東部SST遠程作用的减弱。
4.中國科學院海洋研究所中間型海氣耦合模式（IOCAS ICM）實时預測結果表明，這一模式可提前約一年成功預測2020-2021年熱帶太平洋SST异常的演變，尤其是從2020年10月開始就能够預測出2021年二次變冷的發生和在2021年6月的轉向（圖c）。其原因之一是該模式採用了次表層海溫异常（Te）反算優化算灋，能合理表徵以上所分析的相關過程，包括赤道東太平洋與次表層海溫冷异常相關的局地正回饋和來自西太平次表層遠程傳播的負反饋這兩者對SST影響的相對主導性。如IOCAS ICM所反映的，以上對ENSO過程的認知和合理表徵等可有效提高海氣耦合模式對ENSO的預測能力。
（a）2007年1月-2022年2月觀測到的SST异常沿赤道的分佈；（b）影響2020-2021年赤道中東太平洋SST冷异常態的主要過程的示意圖（其中Te表示次表層上卷到混合層的海溫异常）；（c）2020-2021年間Nino3.4區SST异常演變（其中黑線為觀測，彩線表示由IOCAS ICM從不同的初始條件預測12個月的結果；實时預測結果可在IRI網站獲取。
文章由海洋所張榮華研究員、高川副研究員和國家海洋環境預報中心馮立成研究員共同完成。研究得到了中科院海洋大科學研究中心、青島海洋科學與科技試點國家實驗室、國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項等項目的聯合資助。
文章資訊：
Zhang，Rong-Hua，Chuan Gao，Licheng Feng，Recent ENSO evolution and its real-time prediction challenges，National Science Review，Volume 9，Issue 4，April 2022，nwac052，https://doi.org/10.1093/nsr/nwac052