ENSO(厄爾尼諾-南方濤動)現象是地球氣候系統中最强的年際氣候變異訊號。ENSO通過遙相關強迫作用,可以對全球極端天氣灾害、漁業生態環境及人類經濟社會產生廣泛而深遠的影響,比如中國北方夏季的高溫乾旱和中國南方的低溫洪澇。在全球變暖的背景下,ENSO如何響應一直是國際氣候研究前沿熱點問題。
IPCC(政府間氣候變化專門委員會)評估報告是世界各國評估未來氣候變化帶來的風險及製定風險管理和區域適應政策的最主要參考資料,2021年IPCC第六次評估報告《氣候變化2021:自然科學基礎》對ENSO未來可能的變化進行了評估。報告指出ENSO降雨變率在21世紀下半葉增强的可能性非常大,但是基於海錶溫度的ENSO强度如何變化仍然存在很大的不確定性。然而,近年來有研究結果表明21世紀全球增暖下ENSO海錶溫度變率將會顯著增强,而且該結論存在多模型類比的一致性,這與IPCC報告結論不符。鑒於該科學問題及IPCC評估報告的重要性,2022年1月31日,國際頂尖學術期刊Nature Climate Change(《自然氣候變化》)線上發表了題為“Increased ENSO sea surface temperature variability under four IPCC emission scenarios(未來四種不同程度的全球變暖背景下ENSO海溫變率均顯著增强)”的快訊。該研究成果由國際南半球海洋研究中心主任、澳大利亞科學院院士蔡文炬教授和海洋試點國家實驗室主任、中國科學院院士吳立新教授共同領銜的科研團隊完成。
IPCC第六次評估報告是基於CMIP6(第六次國際耦合模式比較計畫)多模型數據,對比了21世紀最後30年和近30年的ENSO海溫變率。而該文指出,以30年作為對比的時間長度是不合適的。因為ENSO海溫變率存在著很强的內部年代際震盪,而內部年代際震盪可以很大程度上對全球變暖外部強迫訊號產生干擾。基於此,研究團隊利用40多個CMIP6模型對比了20世紀和21世紀整個100年的ENSO海溫變率。研究發現:
1.傳統的ENSO指數表徵的ENSO海溫變率在21世紀高溫室氣體排放情景下(SSP585)相對20世紀顯著增强,且存在模式間一致性(圖1a)。
2.即使在巴黎氣候協定所製定的21世紀碳達峰情景下(SSP126),ENSO海溫變率相對20世紀也顯著增强,且具有多模型一致性(圖1b)。這表徵了即便在未來按照巴黎氣候協定讓全球平均氣溫增長限制在1.5°C-2°C之間,ENSO海溫變率仍將可能增强。
3.將100年的對比時間長度縮短為50年,結果依然類似(圖2)。說明基於50年以上時間長度的對比可以很大程度上减少模型內部年代際震盪的影響,較好的呈現出模型對全球變暖的響應。
此外,研究團隊還指出,由於CMIP6相對CMIP5不僅有著更高的氣候敏感程度,同時對ENSO的非線性正回饋的類比也有著長足的進步,囙此CMIP6較CMIP5存在著更强的模式間一致性。上述研究成果為認識ENSO對未來氣候變化的響應提供了更準確的研究方法,也為理解氣候模式對未來預估的差异化結果提供了合理的科學解釋,對國際社會應對氣候變化與製定氣候政策具有重要指導意義。該結果的發表進一步彰顯了海洋試點國家實驗室在ENSO研究領域的國際重要影響力。
圖1.21世紀相對20世紀顯著增强的ENSO海溫變率。該圖基於ENSO傳統的Nino3.4(南緯5°-北緯5°,西經120°-西經170°)海溫指數,對比了20世紀(綠色柱狀;1900-1999)和21世紀(紫色柱狀;2000-2099)的Nino3.4標準差。a和b分別是基於高强度全球變暖訊號強迫(SSP585)和低强度全球變暖訊號強迫(SSP126)的場景。灰色柱狀標記的模式代表了减弱的ENSO海溫變率。
圖2.基於50年時間長度對比的ENSO海溫變率的變化。該圖利用ENSO傳統的Nino3.4(南緯5°-北緯5°,西經120°-西經170°)海溫指數,對比了1965-2014和2050-2099的Nino3.4標準差。a和b分別是基於高强度全球變暖訊號強迫(SSP585)和低强度全球變暖訊號強迫(SSP126)的場景。散點代表不同的CMIP6模型。