海洋所研究揭示鹽度增強兩類厄爾尼諾差異的動力機制
厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)是地球氣候系統(tǒng)中最強烈的年際異?,F(xiàn)象,因其暖位相期間在赤道東太平洋出現(xiàn)顯著的海表增暖而聞名,即厄爾尼諾事件。近幾十年來,人們發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的東太平洋厄爾尼諾(eastern Pacific El Ni?o, 簡稱為EPEN)不同,某些年份海表暖異常更弱且偏西位于中太平洋,被稱為中太平洋厄爾尼諾(central Pacific El Ni?o, 簡稱為 CPEN)。兩類事件因其生成機制以及對全球氣候影響的不同而受到廣泛關(guān)注。前人研究聚焦于導(dǎo)致兩類事件差異的海氣動力過程,然而對海洋鹽度發(fā)揮何種作用仍不清楚。近年來,中國科學(xué)院海洋研究所王凡研究團(tuán)隊關(guān)注熱帶太平洋鹽度效應(yīng)在ENSO中的作用,從海洋鹽度的新視角揭示了其對增強兩類厄爾尼諾差異的動力機制,相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在地學(xué)TOP期刊《Geophysical Research Letters》上。

基于ORAS5再分析資料的熱帶太平洋海表溫度(SST)、海表鹽度(SSS)和海表淡水通量(FWF)在EP El Ni?o (EPEN)和CP El Ni?o (CPEN)成熟期的異常分布及其差異
總的來看,東太平洋El Ni?o往往比中太平洋型增暖振幅更大且位置偏東。基于Argo浮標(biāo)和再分析資料發(fā)現(xiàn),海表鹽度異常在兩類事件中有著明顯不同的緯向分布,具體表現(xiàn)為在EPEN中鹽度負(fù)異常最大值出現(xiàn)在赤道中太平洋,而在CPEN中鹽度負(fù)異常最大值位于赤道西太平洋(圖1)。前人研究發(fā)現(xiàn),海洋鹽度通過影響海洋垂直層結(jié)和改變混合層底的冷卻夾卷和混合,在El Ni?o海表暖異常的發(fā)展中起著積極的作用,但鹽度不同的緯向結(jié)構(gòu)是否會進(jìn)一步影響兩類事件呢?

不同緯向位置的海表鹽度異常影響厄爾尼諾強度的敏感性試驗設(shè)計及結(jié)果
研究團(tuán)隊隨后深入研究了海表鹽度的緯向結(jié)構(gòu)對兩類El Ni?o海溫變率的影響。通過敏感性數(shù)值實驗發(fā)現(xiàn)(圖2),當(dāng)鹽度異常出現(xiàn)在赤道中太平洋日界線附近時,所帶來的El Ni?o增暖最顯著,其強度隨著鹽度異常出現(xiàn)的位置向東、西太平洋方向遞減?;跍囟仁罩Х治霭l(fā)現(xiàn),鹽度引起海溫變化主要是通過增強了混合層底的垂向夾卷和混合作用來完成的。在El Ni?o期間,降水增多引起海表鹽度降低,混合層變薄,混合層底的垂向溫度梯度減小,減弱次表層冷水的垂向夾卷和混合作用,導(dǎo)致海表溫度增暖而加強了El Ni?o事件。而當(dāng)鹽度異常出現(xiàn)在中太平洋時,垂向夾卷和混合作用最強烈,因而對海表溫度的影響最大。
而結(jié)合圖1所示的兩類El Ni?o事件中的最大鹽度異常中心,發(fā)現(xiàn)在東太平洋型事件中出現(xiàn)在中太平洋的鹽度異常所造成的異常增暖更為顯著,而相比中太平洋型事件出現(xiàn)在西太平洋的鹽度異常則較弱。通過進(jìn)一步的敏感性實驗對照,將兩類事件的淡水強迫(對應(yīng)鹽度的緯向位置不同)情景分別加入到兩類厄爾尼諾事件中,發(fā)現(xiàn)相對于西太平洋的鹽度異常,出現(xiàn)在中太平洋的鹽度異常更大程度地促進(jìn)了El Ni?o事件的發(fā)展。而鹽度異常在兩類El Ni?o事件中的緯向結(jié)構(gòu)差異,使得兩類事件的海溫差異增加了11%。 因此,鹽度在兩類厄爾尼諾中不同的緯向結(jié)構(gòu),通過其在調(diào)控表層垂向?qū)咏Y(jié)的效果不同,進(jìn)一步增大了兩類事件海溫異常的差異(概念圖見圖3)。

鹽度對兩類厄爾尼諾的響應(yīng)及影響機制示意圖
該項研究豐富了對ENSO復(fù)雜性的認(rèn)識,為理解ENSO多樣性提供了新的視角,對完善ENSO動力學(xué)理論和進(jìn)一步提高ENSO預(yù)報水平具有重要意義。研究團(tuán)隊由中國科學(xué)院海洋研究所官聰副研究員、王凡研究員、田豐博士、胡石建研究員和美國海洋大氣局Michael J. McPhaden教授組成,其中官聰為第一作者,王凡為通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金面上基金和創(chuàng)新團(tuán)隊項目、中國科學(xué)院青促會人才項目和國家重點研發(fā)項目等多個課題的支持。
相關(guān)成果及鏈接如下:
1. Guan, C., Tian, F., McPhaden, M. J., Hu, S., & Wang, F. (2023). Zonal structure of tropical Pacific surface salinity anomalies affects the eastern and central Pacific El Ni?os differently. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL105554. https://doi.org/10.1029/2023GL105554
2. Guan, C., Tian, F., McPhaden, M. J., Wang, F., Hu, S., & Zhang, R.-H. (2022). Zonal structure of tropical Pacific surface salinity anomalies affects ENSO intensity and asymmetry. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096197. https://doi.org/10.1029/2021GL096197
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