厄爾尼諾與南方濤動(dòng)（ENSO）是熱帶太平洋年際變化時(shí)間尺度上最強的海氣耦合系統。ENSO事件會(huì )通過(guò)遙相關(guān)過(guò)程導致全球大范圍的氣候異常，引發(fā)嚴重的旱澇和高低溫等災害，對漁業(yè)、農業(yè)、生態(tài)環(huán)境、社會(huì )經(jīng)濟等造成重大的影響。作為熱帶最強的海氣耦合系統，ENSO還是包括我國在內的全球大部分地區短期氣候預測的重要物理基礎和可預報性來(lái)源。因此，關(guān)于ENSO事件發(fā)生機制的研究一直是國際大氣和海洋科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。
北太平洋經(jīng)向模是副熱帶東北太平洋地區海氣耦合變化的主導模態(tài)，其正 （負）位相的空間特征表現為副熱帶東北太平洋呈現暖（冷）海溫異常及東北信風(fēng)的減弱（增強）。研究指出春季北太平洋經(jīng)向模是冬季ENSO事件發(fā)生的重要熱帶外預測因子，過(guò)去許多ENSO事件發(fā)生前均存在北太平洋經(jīng)向模事件。另外，北太平洋經(jīng)向模也被認為是北半球中高緯氣候系統影響熱帶氣候的重要通道。北太平洋經(jīng)向模可以通過(guò)風(fēng)-蒸發(fā)-海溫反饋機制、夏季深對流機制以及海洋動(dòng)力過(guò)程對ENSO和熱帶氣候產(chǎn)生顯著(zhù)影響。然而，觀(guān)測資料分析指出北太平洋經(jīng)向模對ENSO的影響并不穩定，過(guò)去僅有約50%的北太平洋經(jīng)向模事件伴隨ENSO事件的發(fā)生 (Zheng et al. 2023)。揭示調控北太平洋經(jīng)向模與ENSO聯(lián)系穩定性的因素，并闡明其背后的機制，對進(jìn)一步提升ENSO事件的預測具有重要的科學(xué)意義和應用價(jià)值。
中國科學(xué)院大氣物理研究所季風(fēng)系統研究中心團隊與云南大學(xué)、浙江大學(xué)以及加拿大環(huán)境部的相關(guān)學(xué)者，利用多種觀(guān)測再分析資料和大樣本模式模擬數據，揭示出阿留申低壓可以顯著(zhù)調制北太平洋經(jīng)向模影響ENSO事件的效率。圖1展示了阿留申低壓調制北太平洋經(jīng)向模影響ENSO事件效率的物理過(guò)程：春季阿留申低壓偏強會(huì )引起中緯度西北太平洋西風(fēng)增強，通過(guò)增強向上的海表熱通量導致中緯度西北太平洋海溫冷卻（圖1a）。這增強了經(jīng)向海溫梯度，造成副熱帶西北太平洋出現異常北風(fēng)。異常北風(fēng)抵達赤道太平洋后在位渦守恒作用下轉為異常西風(fēng)，對北太平洋經(jīng)向模激發(fā)的熱帶西太平洋異常西風(fēng)起到正向疊加作用，從而增強了北太平洋經(jīng)向模態(tài)對ENSO的影響（圖1a）。阿留申低壓偏弱時(shí)，情況相反（圖1b）。數值模擬試驗進(jìn)一步驗證了上述物理機制。這項研究結果表明，阿留申低壓是北太平洋經(jīng)向模影響ENSO不穩定的重要因子。因此，在基于前期北太平洋經(jīng)向模進(jìn)行ENSO事件預測時(shí)，應綜合考慮阿留申低壓的作用。
圖1：阿留申低壓調制北太平洋經(jīng)向模影響ENSO事件效率的物理機制示意圖。圖中“C”和“AC”分別表示異常氣旋（對應阿留申低壓增強）和異常反氣旋（對應阿留申低壓減弱）。紅色和藍色陰影分別表示異常暖海溫和冷海溫；棕色箭頭表示北太平洋經(jīng)向模激發(fā)的熱帶西太平洋異常西風(fēng)，藍色箭頭表示中緯度西北太平洋海溫異常激發(fā)的大氣環(huán)流異常；圖1a中紅色波浪箭頭表示熱帶西太平洋異常西風(fēng)激發(fā)的赤道東傳暖開(kāi)爾文波。
上述研究成果以“The Role of the Aleutian Low in the Relationship between Spring Pacific Meridional Mode and Following ENSO”為題在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Journal of Climate》上發(fā)表。論文第一作者為鄭玉瓊博士，通信作者為陳尚鋒研究員。
相關(guān)論文信息：
Zheng,Y.-Q.,S.-F. Chen*,W. Chen,R. Wu,Z.-B. Wang,B. Yu,P. Hu,and J.-L. Piao,2024: The Role of the Aleutian Low in the Relationship between Spring Pacific Meridional Mode and Following ENSO. Journal of Climate,37(11),3249–3268,https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0440.1
Zheng,Y.-Q.,S.-F. Chen*,W. Chen,and B. Yu,2023: A continuing increase of the impact of the spring North Pacific Meridional Mode on the following winter El Ni?o and Southern Oscillation. Journal of Climate,36(2),585–602. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0190.1
