海院科研动态（135）| 北大西洋三极子海温异常模态驱动ENSO变率研究新进展

        ENSO（El Niño-Southern Oscillation，厄尔尼诺-南方涛动）是热带太平洋地区大尺度海气相互作用的核心现象，也是气候系统中最显著的年际变率信号，对全球天气气候具有重要影响。其形成机制与预测研究一直是国际科学界关注的焦点。已有大量研究指出，北大西洋海温异常对ENSO的发生发展具有重要调制作用。然而，以往研究多集中于热带北大西洋海温异常或热带外北大西洋海温一致型模态的作用，对于北大西洋经向三极子海温异常模态（即年际尺度上第一主模态，图1a）及其三个海温异常分量如何影响ENSO形成的过程，目前认知仍较为有限。

        针对上述科学问题，陈大可院士研究团队和海洋大气相互作用研究团队协同合作，基于海温观测资料和CESM海气耦合模式数值试验开展了综合分析，并取得了以下进展和结论：

                                                                           图1 观测中冬春季北大西洋正三极子海温异常模态与随后秋冬季ENSO的统计联系

        观测分析表明，冬春季北大西洋正三极子海温异常模态（呈经向负-正-负结构）与随后秋冬季ENSO事件存在显著正相关。即便在剔除前期冬季ENSO信号的干扰后，这一偏相关关系依然显著（图1）。

                                                           图2 CESM模式中，由冬春季北大西洋正三极子海温异常所驱动的海温、低层风场及降水的季节性响应

                                              图3 CESM模式中，分别由正三极子模态的热带、中纬度及高纬度海温异常分量所驱动的海温与低层风场的季节性响应

        基于CESM海气耦合模式的模拟结果表明，冬春季北大西洋正三极子海温异常模态能够引起春季赤道西太平洋低层西风异常，进而通过Bjerknes正反馈机制，导致秋冬季El Niño事件的出现（图2）。为解析该三极子模态中不同区域的作用，我们分别对热带、中纬度和高纬度海温异常强迫进行了敏感性试验。结果显示，这三个海温分量均可通过调控上述关键区域的西风异常，对后续El Niño事件的形成产生独立影响。进一步的定量分析表明，热带、中纬度和高纬度海温异常对El Niño事件形成的贡献率分别为43%、34%和23%（图3）。

                                                                        图4 冬春季北大西洋正三极子海温异常模态影响随后El Niño事件形成的示意图

        动力诊断分析表明，冬春季北大西洋正三极子海温异常可通过热带和中纬度两条路径，诱发春季赤道西太平洋的低层西风异常，进而促使随后El Niño事件的形成。其中，热带路径主要通过激发向西传播的Gill型Rossby波发挥作用；而中纬度路径则通过激发向东传播的Rossby波列，调控热带印度洋-太平洋的齿轮耦合结构以及北太平洋的季节足迹机制（图4）。本研究推进了关于北大西洋三极子海温异常模态驱动ENSO变率的理论认知。

文章相关信息

        上述研究成果近期发表于中科院一区TOP期刊《npj Climate and Atmospheric Science》，题为“Impacts of North Atlantic tripole SSTAs mode and its three individual components on ENSO”。我院于威副教授为第一作者，我院王东晓教授和中山大学大气科学学院邓开强副教授为共同通讯作者，论文合作者包括自然资源部第二海洋研究所陈大可院士、中国科学院大气物理研究所刘屹岷研究员、福建师范大学地理科学学院林书恒博士和厦门大学海洋与地球学院彭玉琢博士。

        本研究由南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）、广东省基础与应用基础研究基金及中国博士后科学基金共同资助。感谢南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）“深海远洋多尺度动力过程”创新团队与中山大学海洋科学学院海洋大气相互作用研究团队提供的支持。

原文DOI

https://doi.org/10.1038/s41612-025-01249-9（online正在发布中）