2022年2月10日，國際地學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊NatureGeoscience（《自然·地球科學(xué)》）在線發(fā)表了題為“ElNio/SouthernOscillationInhibitedbySubmesoscaleOceanEddies”（《亞中尺度渦旋抑制厄爾尼諾-南方濤動發(fā)展》）的最新研究成果。該成果由中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心（以下簡稱“深海前沿中心”）/物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研博士后王勝鵬為第一作者，“筑峰人才工程”第三層次教授荊釗為通訊作者，聯(lián)合本單位科研團(tuán)隊(duì)及國內(nèi)外權(quán)威專家合作完成，成果首次揭示了赤道太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發(fā)展所起的重要抑制作用，并給出了明確的動力學(xué)解釋。

發(fā)生于赤道太平洋上的厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）現(xiàn)象，是地球氣候系統(tǒng)在年際尺度上最顯著的信號，對赤道太平洋乃至全球許多區(qū)域的天氣和氣候、農(nóng)業(yè)以及生態(tài)系統(tǒng)都會產(chǎn)生重大影響，并進(jìn)一步引發(fā)一系列的社會和經(jīng)濟(jì)問題。傳統(tǒng)的ENSO動力學(xué)基于大尺度海氣相互作用理論建立，然而，在此理論之上所發(fā)展的低分辨率氣候模式對ENSO的模擬和預(yù)測存在諸多問題。特別是，其振幅在最新一代（CMIP6）的低分辨率氣候模式中總體呈現(xiàn)出較觀測值偏大的趨勢，然而其背后的原因仍不清楚，是一個亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

圖1：（上圖）觀測和（下圖）高分辨率地球系統(tǒng)模式模擬的赤道太平洋海表面溫度梯度。

赤道太平洋海域包含著多種尺度的運(yùn)動，除了早已被熟知的赤道中尺度動力過程（即熱帶不穩(wěn)定波）、小尺度內(nèi)波和微尺度湍流，近些年隨著觀測和數(shù)值模擬能力的提升，學(xué)界發(fā)現(xiàn)赤道太平洋上還存在著活躍的亞中尺度動力過程（圖1）。本研究基于中國海洋大學(xué)深海前沿中心參與研制的高分辨率（海洋10km、大氣25km）地球系統(tǒng)模式模擬結(jié)果，首次揭示了赤道太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發(fā)展所起的重要抑制作用，并給出了明確的動力學(xué)解釋。研究結(jié)果表明（圖2）：在厄爾尼諾期間，太平洋“冷舌”邊緣處的鋒面減弱，抑制了鋒生和混合層不穩(wěn)定過程，從而導(dǎo)致亞中尺度渦旋引起的由次表層向表層輸送的熱量減少，進(jìn)而阻礙了“冷舌”區(qū)域SST的升高；而在拉尼娜期間，則正相反。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步評估了CMIP6計(jì)劃中不同分辨率氣候模式對ENSO振幅的模擬性能（圖3）。結(jié)果表明，隨著海洋模式分辨率從100km提升到10km，ENSO振幅呈現(xiàn)出明顯減弱的趨勢，這進(jìn)一步證實(shí)了亞中尺度渦旋對ENSO發(fā)展的重要抑制作用。


圖2：熱帶太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發(fā)展的抑制作用。上圖和下圖分別代表厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)展期間不同過程對尼諾3.4區(qū)域海表溫度變化的貢獻(xiàn)。從左至右依次為海表溫度傾向項(xiàng)，大尺度環(huán)流熱輸送，微尺度湍流混合，海氣熱通量，中尺度、亞中尺度渦旋垂向熱輸送以及中尺度、亞中尺度渦旋水平熱輸送。


圖3：（左圖）CMIP6中不同海洋分辨率地球系統(tǒng)模式對ENSO振幅的模擬情況；（右圖）四個海洋高分辨率（10km）地球系統(tǒng)模式對ENSO振幅的模擬情況。

本項(xiàng)研究工作在國際上首次闡明了亞中尺度渦旋對于大尺度氣候模態(tài)——ENSO的重要調(diào)控作用，對于豐富ENSO理論框架、消除氣候模式對ENSO振幅的模擬偏差具有重要指導(dǎo)意義。同時，該工作也指出了發(fā)展高分辨率地球系統(tǒng)模式、準(zhǔn)確模擬海洋中小尺度動力過程及其氣候效應(yīng)，是提升對未來海洋和氣候系統(tǒng)變化預(yù)測能力的關(guān)鍵。

通訊員：侯霞