NPJ: 阿留申低压对中太平洋型ENSO事件增多的作用及机制

　　厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)是热带海气相互作用的主模态，对全球气候、农业、渔业和生态系统等都有重要影响；并且，ENSO也是短期气候预测非常重要的物理基础。因此，关于ENSO发生机制的研究一直是国际大气和海洋科学领域的前沿课题。尽管我们对ENSO发生机制的认识和模式性能都在不断提高，但自20世纪90年代末以来，模式对ENSO的预测技巧明显下降，这与中太平洋型ENSO事件的增多紧密相关。中太平洋型ENSO事件发生的增多加大了模式对ENSO预测的复杂性和难度。前人研究指出北太平洋大气变率对中太平洋型ENSO事件的发生有影响，特别是强调了北太平洋涛动的作用 (NPO，北太平洋大气环流变率第二模态)。然而，NPO对ENSO的影响在20世纪90年代末后呈减弱的趋势 (图1b)，这表明NPO相关的大气变率不能完全解释近几十年中太平洋型ENSO事件的增多。

　　阿留申低压强度变化是北太平洋大气环流变率第一主模态。长久以来的共识观点指出ENSO可以显著影响阿留申低压。然而，阿留申低压能否反过来影响ENSO很少得到关注。最近，中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心的最新研究成果指出：早春阿留申低压强度变化可以显著影响后期ENSO事件的发生，且该影响自20世纪90年代末后明显增强，是中太平洋型ENSO事件增多的重要原因之一(图1a)。阿留申低压强度减弱(增强)通过北太平洋中纬度天气尺度波与平均流的相互作用引起副热带北太平洋异常气旋(反气旋)；该异常气旋(反气旋)通过风-蒸发-海温反馈机制和热带Bjerknes海气相互作用过程促使了中太平洋型El Nino (La Nina)事件的发生(图2)。20世纪90年代末后北太平洋背景环流增强，这不仅加强了北太平洋中纬度地区的天气尺度波与平均流相互作用，还提高了副热带地区的风-蒸发-海温反馈效率。因此，阿留申低压通过波流相互作用激发的副热带环流增强，且更易通过风-蒸发-海温反馈机制往南传至赤道中太平洋，因而对中太平洋型ENSO的影响显著增强。

　　论文第一作者陈尚锋研究员指出：“阿留申低压不仅受ENSO调控，而且能反过来对ENSO产生显著影响，阿留申低压与ENSO相互作用在维持ENSO准两年振荡周期方面起到了一定的作用。具体而言，冬季发生El Nino事件会增强次年春季阿留申低压的强度，春季阿留申低压的增强则有利于随后冬季发生La Nina事件；同样，冬季La Nina事件会减弱随后阿留申低压强度，而阿留申低压的减弱则有利于随后冬季发生El Nino事件；如此形成了一个周期往复循环。”

　　“之前的研究表明，中太平洋型ENSO相比于东太平洋型ENSO，有更强的准两年振荡周期分量。而准两年振荡周期分量也是导致ENSO春季持续性障碍的一个重要原因。然而，当前大多数耦合模式并不能准确刻画阿留申低压对ENSO的影响，甚至有些模式的模拟结果与实际观测完全相反 (图3)。改善当前气候模式对阿留申低压影响ENSO物理过程以及提高对阿留申低压与ENSO相互作用过程的模拟，可能是未来提高模式跨春季预测ENSO的重要途径之一。”论文通讯作者陈文教授强调。

　　上述成果发表在Nature旗下期刊npj Climate and Atmospheric Science。合作作者包括加拿大环境部Yu Bin研究员、浙江大学吴仁广教授、英国剑桥大学Graf Hans-F教授和南京信息工程大学陈林教授。研究得到国家自然科学基金 (42175039、42205021和42005020) 的资助。

　　相关论文信息：

　　Chen, S.-F., W. Chen, B. Yu, R. Wu, H.-F. Graf, and L. Chen, 2023: Enhanced impact of the Aleutian Low on increasing the Central Pacific ENSO in recent decades. npj Climate and Atmospheric Science, 6:29. https://doi.org/10.1038/s41612-023-00350-1

　　Chen, S.-F., W. Chen, B. Yu, and R. Wu, 2023: How well can current climate models simulate the connection of the early spring Aleutian Low to the following winter ENSO? Journal of Climate, 36 (2), 603-624. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0323.1

　　Chen, S.-F., W. Chen, R. Wu, B. Yu, and H.-F. Graf, 2020: Potential impact of preceding Aleutian Low variation on the El Nino-Southern Oscillation during the following winter. Journal of Climate, 33 (8), 3061–3077.https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0717.1

　　图1：(a) 早春阿留申低压强度指数和 (b) 冬季NPO指数与接下来冬季Nino-3.4海温指数在不同移动窗口下的滑动相关。虚线表示对应滑动相关系数通过95%信度检验 (计算相关系数显著性水平时，考虑了有效自由度)。

　　图2：早春阿留申低压强度指数回归的850-hPa流函数 (阴影) 和风场异常 (矢量) 的季节演变 (左列)；右列为海温 (阴影) 和降水异常的季节演变 (点状) 。此图只展示超过95%置信水平的异常值。注意：早春阿留申低压强度指数回归的同期 (图2f) 和前期 (未展示) 热带中东太平洋海温极弱，说明早春阿留申低压对后期冬季ENSO的影响不是来自ENSO固有的准两年振荡周期。

　　图3：CMIP6耦合模式中早春阿留申低压强度指数回归的海温异常演变。左列为正相关模式组集合平均；中列为负相关模式组集合平均；右列为正相关与负相关模式组集合平均的差异。点状区域表示海温异常通过95%置信水平。

　　（来源：http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202304/t20230407_6727974.html）