ENSO和MJO分别是热带年际变率和次季节变率的支配模态，MJO被认为对ENSO事件有潜在的触发作用，为ENSO爆发的预报带来不确定性，甚至影响人们对ENSO循环物理本质的认知，即ENSO是自维持的非线性振荡，还是受外界激励的随机振荡。MJO能否影响ENSO事件的触发是一个经典且被广泛讨论的多尺度相互作用问题。

浅水系统在ENSO研究中占有十分重要的地位。从理论而言，赤道浅水波理论（如延迟振子，平流反射振子）曾帮助人们理解ENSO循环的基本机制。从模式发展而言，它是中等复杂程度ENSO耦合模式动力框架的基本模块。而更复杂的海洋环流模式的求解，如多斜压模模式和多层模式，实际上也依赖于等效的浅水求解器。基于浅水系统的强迫试验可以为更复杂系统的敏感性试验提供可靠的物理依据。因而有理由将其作为MJO影响ENSO触发相关研究的出发点。然而很长时间以来，尚无研究全面、定量地考察MJO相比于其他时空尺度大气变率到底能为热带浅水系统贡献多大程度的扰动，在每次ENSO历史个例的发生发展中又发挥着怎样的作用。这对MJO-ENSO相互作用问题的地球流体动力学基础构成了不可忽视的空缺。

对此，我系穆穆院士团队的直博生王金宇（第一作者）在穆穆院士，方向辉副教授（通讯作者）和威斯康星大学麦迪逊分校数学系陈南教授的指导下，发展了考虑基流和平流项的距平浅水模型，并使用时空滤波的历史观测海表风场距平进行了集合强迫敏感性试验, 滤波方式又分为对风应力的直接滤波和考虑了更低频变率夹卷的风场滤波。通过分析模拟结果发现：（1）相比于其他“非低频”大气变率（次季节尺度非MJO变率和天气尺度变率），MJO对海表动力场的扰动占有支配地位，其中海表动力场包含了海表高度距平和纬向流场距平。（2）相比于海表高度距平，MJO可以对纬向海表流场距平造成更重要的扰动。MJO的加入可以显著提高对中西太平洋纬向流场的模拟水平，对模拟位于东太平洋的流场变率中心也不可或缺。（3）相比于La Niña事件，MJO更倾向于对El Niño造成更强的海洋动力学扰动，并在1997/98年的超强东部型事件和2004/05年的中部型事件触发之前造成了强烈的下沉次季节海洋Kelvin波。

表1. 不同试验成员的命名规则。其中LF为低频变率，ISV-NMJO为次季节尺度非MJO变率，HF为天气尺度高频变率。

图1. 不同试验成员模拟的Niño 4区（N4），Niño 3区（N3）平均的海表纬向流场距平（UA）和海表高度距平（SSHA）与观测的相关系数和均方根误差。

图2. 不同时空尺度大气变率造成的UA（等值线）和SSHA（填色）的标准差与原始观测（OBS），低通观测（LP），带通观测（BP）以及高通观测（HP）对比。

图3. 历史三次超强东部型El Niño事件（1982/83, 1997/98, 2014/15/16）低通观测（a）、带通观测（b）、低频强迫模拟（c）和MJO强迫模拟（d）的南北纬5° 经向平均的纬向流场距平（等值线）和海表高度距平（填色）。（f）和（g）分别为低通观测和低频强迫模拟的Kelvin波分量（使用东传黎曼不变量度量）和MJO频段伪应力在海洋Kelvin波投影的乘积在Niño 4区和Niño 3区的平均数值，可定量刻画低频年际变率和MJO对海表动力场强迫作用的协同关系。

相关工作发表在《Journal of Climate》期刊。

论文信息：Wang, J., X. Fang, N. Chen, and M. Mu, 2024: Insights of Dynamic Forcing Effects of MJO on ENSO from a Shallow Water Model. J Clim, 37, 6143-6166, DOI: https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0065.1