海洋所在湍流混合促進(jìn)中部型厄爾尼諾-南方濤動方面獲新進(jìn)展
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋中小尺度動力學(xué)研究組聯(lián)合美國夏威夷大學(xué)與南京信息工程大學(xué)科研團(tuán)隊,發(fā)現(xiàn)熱帶太平洋次表層的湍流混合,是導(dǎo)致類“中部型”厄爾尼諾-南方濤動事件(CP-like ENSO)更加頻繁、強(qiáng)度減弱的關(guān)鍵機(jī)制之一。通過將這一物理過程納入海氣耦合數(shù)值模式,顯著提升了模式對CP-like ENSO的模擬能力,為更準(zhǔn)確預(yù)測這一全球性氣候現(xiàn)象提供了新思路。相關(guān)研究論文發(fā)表于國際期刊Journal of Climate。
厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)是地球氣候系統(tǒng)中最強(qiáng)的年際變率信號,對全球天氣有重大影響。近數(shù)十年來,科學(xué)家觀測到ENSO相關(guān)海表溫度異常信號(SSTA)的中心出現(xiàn)在中部太平洋的頻次增加(而非傳統(tǒng)的東部),且整體強(qiáng)度有減弱趨勢,其原因仍不清晰。在以往多數(shù)氣候模型中,海洋次表層的湍流混合強(qiáng)度常被設(shè)為一個固定值。但實際觀測表明,它是隨時間和空間劇烈變化的。研究團(tuán)隊首次利用長達(dá)40年的高分辨率MITgcm模擬數(shù)據(jù),揭示了這種混合與海表風(fēng)場之間的強(qiáng)耦合關(guān)系,并成功構(gòu)建了其隨海表風(fēng)應(yīng)力而變化的統(tǒng)計經(jīng)驗?zāi)P停▓D1)。

圖1 由奇異值分解(SVD)得到的海表風(fēng)應(yīng)力異常與海洋上混合層底的湍熱擴(kuò)散率異常之間的交叉協(xié)方差的前四個耦合空間模態(tài)及其貢獻(xiàn)率
將這一新次表層混合經(jīng)驗?zāi)P颓度牒Q笏虚g型耦合模式(IOCAS ICM),使原框架下的常數(shù)混合改進(jìn)為隨風(fēng)場而時空變化的量。改進(jìn)后模擬的ENSO冷暖事件的冷暖核心位置均向西移動了約20個經(jīng)度,強(qiáng)度降低了約0.5°C(圖2),即更傾向于產(chǎn)生CP-like ENSO。混合層熱收支分析表明,垂向擴(kuò)散項在東太平洋減小、中太平洋增大的變化調(diào)節(jié)了海洋中湍流相關(guān)的熱量垂直輸送空間格局,從而主導(dǎo)了SSTA核心位置的西移;平流項的減弱則主導(dǎo)了ENSO振幅減弱,即湍流混合的變化同時也削弱了海氣耦合反饋,使ENSO成長得不如過去強(qiáng)烈。

圖2?IOCAS ICM嵌入新混合經(jīng)驗?zāi)P颓埃╝-c)后(d-f)模擬的ENSO 冷暖事件平均分布
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士后胡倩文,通訊作者為劉傳玉研究員,合作者還包括夏威夷大學(xué)Yanli Jia教授、王凡研究員、高川副研究員和張榮華教授。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金等項目的聯(lián)合資助。
論文信息:
Hu, Q., C. Liu*, Y. Jia, F. Wang, C. Gao, and R. Zhang, 2026: Subsurface Mixing Promotes Central Pacific-like ENSO in an Intermediate Coupled model.?J. Climate, e250360,?https://doi.org/10.1175/JCLI-D-25-0360.1
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