气互相功用有助于预测天气变化,海洋研讨所在

作者: 必德电竞  发布:2019-05-22

近日,中国科学院海洋研究所王凡研究组在厄尔尼诺-南方涛动的非对称性动力学机制方面取得新进展,首次定量阐明了形成ENSO非对称性的各海洋动力学反馈过程,相关研究成果在Geophysical Research Letters 杂志在线发表。

热带海—气相互作用有助于预测气候变化

ENSO是热带太平洋不规则周期性发生的气候变化,是全球气候系统中最为显著的年际变化信号,对我国乃至全球的气候都有重要影响。对ENSO循环动力学机制的认识是理解和预测ENSO事件的理论基础。ENSO循环本身既存在年代际的低频变化,其冷位相拉尼娜事件和暖位相厄尔尼诺事件之间也存在显著的非对称性,但对ENSO低频变化和非对称性的动力学机制仍缺乏定量的深入认识。

本报讯 近日,《科学》在线发表了题为“泛热带气候相互作用”(Pantropical climate interactions)的综述性文章。此项成果由第一作者、中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室蔡文炬教授和通讯作者、实验室主任吴立新院士领衔完成,为热带海—气相互作用和气候变化研究提供新方向和新思路。

王凡课题组博士官聪与合作者——美国国家海洋大气管理局太平洋海洋环境实验室(NOAA/PMEL)教授Michael J. McPhaden开展合作,构建了完整的温度方差收支方程。该方法较传统的温度收支方程相比,可以明确表示单个海气动力过程是正反馈还是负反馈作用并便于对其贡献进行定量评估。他们将这一新方法首次引入ENSO动力学研究中,率先定量诊断了各海洋反馈过程在ENSO低频变化中的作用,揭示了在21世纪初期ENSO温度异常中心从赤道东太平洋向赤道中太平洋发生纬向跃迁的物理机制(Guan and McPhaden, 2016)。

该文章首次全面回顾和总结了目前对于热带太平洋—印度洋—大西洋气候系统之间相互作用的最新研究进展。

课题组进一步深入研究了各海洋动力学反馈过程在ENSO非对称性形成中的定量作用。研究人员基于温度方差收支方程,深入分析了赤道中东太平洋温度异常幅度的非对称性和ENSO冷暖位相的持续时间的非对称性。研究发现,厄尔尼诺期间东太平洋具有更强的正反馈过程,导致厄尔尼诺具有比拉尼娜更大的温度异常振幅;而在中太平洋,拉尼娜事件由于在发展期具有较强的温跃层正反馈和较弱的非线性阻尼效应,因而具有更快的温度异常增长率。同时发现,在厄尔尼诺衰退期温跃层反馈由正反馈转变为负反馈过程,使得厄尔尼诺较拉尼娜更快消亡,从而导致ENSO冷暖位相持续时间的非对称性,而温跃层反馈过程在ENSO事件衰退期的不同体现了充放电机制的非对称性。研究成果将显著提高对ENSO动力学机制的认识,为进一步提高ENSO预测水平提供有力的理论依据。

文章指出,热带太平洋气候系统变化主要由快速的海温—风场正反馈过程和延迟的风场—海洋温跃层—海温负反馈过程共同决定,热带印度洋和大西洋海温变化可通过引起太平洋风场异常来调制上述反馈过程进而影响太平洋。

官聪、王凡、胡石建及Michael J. McPhaden共同合作完成该项研究。研究得到国家自然科学基金青年基金、国家留学基金和中国博士后科学基金等的支持。

例如,热带印度洋变化可加速厄尔尼诺的消亡,并有助于厄尔尼诺向拉尼娜的位相转变;热带大西洋赤道及北部海域的海温变化对厄尔尼诺—南方涛动事件的多样性(即不同厄尔尼诺—南方涛动事件的空间型态、变化幅度、演变过程不尽相同)具有重要贡献。

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此外,热带大西洋海温的年代际变化可显著影响整个印太海域海气系统变化,被认为是导致1998—2014年全球增暖减缓的一个关键因素。

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文章在系统总结已有研究基础上,提炼出未来研究的关键科学问题及挑战,并指出深入认识和理解热带跨海盆相互作用的动力机制是提升季节至年代际气候预测能力的一条重要途径,也有助于提高对未来气候变化预估的准确性。

厄尔尼诺事件示意图(McPhaden, 2015)

必德电竞,(甘波澜 侯霞 方舍)

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相关论文信息:DOI: 10.1126/science.aav4236

研究揭示ENSO循环中SST异常的振幅和持续时间的显著非对称性(Guan et al., 2019)

《中国科学报》 (2019-03-19 第7版 生态环境)

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各海洋动力学反馈过程在厄尔尼诺和拉尼娜期间的定量贡献(Guan et al., 2019)

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