年代际尺度上平均海表温度对ENSO春季持续性障碍的影响
发布时间: 2019-11-02

       ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)作为最显著的年际变化信号,对全球气候和环境均有着重要影响。对其进行准确模拟和长时间预报一直是人们追求的目标。但现实中,ENSO预报面临着一个很大的挑战,即不管从什么时候开始预报,在跨越春季(即三到五月)时,ENSO的预报技巧都会严重下滑,从而使得后续的预报几乎无法接受。这一现象被称为ENSO的春季预报障碍。复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院穆穆教授课题组曾对该现象进行过系统性的研究,并指出它受到年循环、ENSO本身和特定的初始扰动的共同影响。与春季预报障碍联系紧密的另一个现象为春季持续性障碍,即ENSO的自相关系数在跨过春季的时候同样会严重下滑。从物理上看,这两个现象都与背景场的年循环紧密相关,因为它决定着ENSO在不同月份发展的强度及ENSO信号与其它噪音的比例。另一方面,ENSO预报水平存在着显著的年代际变化,如2000年以来的预报水平明显低于19世纪80年代和90年代。而由于其季节锁相特征(其往往从春季开始、夏秋季发展、冬季成熟并快速衰退),ENSO预报的好坏很大程度上取决于春季开始的预报水平。

       为此,大气与海洋科学系/大气科学研究院青年副研究员方向辉,同中科院大气所郑飞、朱江研究员,以及美国俄亥俄州立大学刘征宇教授合作,通过观测资料分析了ENSO春季持续性障碍年代际变化的可能原因,并提出了相应的物理机制。研究发现,当春季热带中东太平洋的背景场增暖时(如19世纪80年代和90年代),根据克劳修斯-克拉伯龙方程,相同的海表温度异常会使更多的水汽释放到大气中,由于水汽会通过成云致雨的方式阻挡太阳辐射进入海洋,因此对海表温度起着衰减的作用。这就使得春季的ENSO信号更为稳定,减弱了春季持续性障碍,并使得ENSO的后续发展更容易被预报。

       该成果于2019年发表于Geophysical Research Letters。


1. ENSO持续性障碍的定性描述。(a1990-1999和(b2001-2010期间,月平均Niño3.4指数的延迟自相关系数分布。其中纵坐标为起始月份,横坐标为延迟时长。等值线间隔为0.1。白色点为各个起始月份对应的春季始末,即二月到五月。

2. ENSO春季持续性障碍强度(红线)、ENSO不稳定度(春季BJ指数;黑线)和背景场平均海表温度(蓝线)的年代际变化,即1950-2010年期间以10年为窗口进行滑动的计算结果。



论文信息:Fang, X.-H., F. Zheng, Z.-Y. Liu, and J. Zhu, 2019: Decadal modulation of ENSO spring persistence barrier by thermal damping processes in the observation. Geophysical Research Letters, 46, 6892-6899.https://doi.org/10.1029/2019GL082921