中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）、全球海洋和氣候研究中心（GOCRC）及廣東省海洋遙感重點實驗室（LORS）王春在研究員團隊，利用一系列全球氣候模式試驗，證明了超級厄爾尼諾現象是熱帶三大洋相互作用的結果,并發(fā)現熱帶大西洋和印度洋的耦合效應在超級厄爾尼諾的形成和發(fā)展中起著至關重要的作用。研究成果由LTO博士后范漢杰（現任中山大學副教授）作為第一作者，王春在研究員作為通訊作者，中山大學楊崧教授等作為合作作者發(fā)表在Science子刊Science Advances上。
厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是地球系統中最顯著、影響最廣泛的年際氣候變率。對于極端強度的超級厄爾尼諾事件的形成機制和預測，是科學界面臨的重大挑戰(zhàn)。對此，王春在研究員的先前工作（Wang and Wang 2021）利用觀測數據和CMIP6模式數據提出了超級厄爾尼諾的“印度洋-大西洋助推器”機制，認為超級厄爾尼諾的發(fā)生與兩大洋的跨洋盆作用密切相關，即超級厄爾尼諾是三大洋相互作用的結果。
為了進一步闡明和驗證印度洋和大西洋對超級厄爾尼諾事件的影響，本研究采用了一個嚴謹的設計框架，進行了系列“完美模式”回報試驗。試驗分為四組：三大洋均活躍的CTRL組，解耦印度洋的dIO組，解耦大西洋的dAtl組，以及同時解耦兩大洋的dInA組。結果顯示，當缺少印度洋-大西洋跨洋盆作用時（即dInA組），熱帶太平洋的海溫增暖難以達到超級厄爾尼諾的強度（即CTRL組），這驗證了印度洋-大西洋助推器機制的重要性（圖1）。
更為關鍵的是，研究區(qū)分了單一洋盆作用與耦合作用的協同效應。單獨作用的效果較弱且存在較大不確定性，而耦合效應則顯示出更強的增暖作用，且不確定性較低。尤其是在大西洋和印度洋共同作用時，更顯著地助推了太平洋海溫的增暖效應（圖2）。這種差異與對流敏感性的非線性特性密切相關（圖3）：當兩大洋同時影響太平洋時，能夠更加有效地促進太平洋暖池向東擴展，增強熱帶太平洋的對流響應，最終形成更強的Bjerknes反饋，促成超級厄爾尼諾事件。
本研究證實了三大洋跨洋盆作用對ENSO的重要性，明確了大西洋和印度洋在助推超級厄爾尼諾中的關鍵作用，指出了從單一大洋研究的局限性，強調了考慮協同耦合效應以更全面準確地理解三大洋相互作用的必要性。
該研究得到了國家自然科學基金重大項目、國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金青年項目等的聯合資助。
相關論文信息：Fan,H.,C. Wang*,S. Yang,& G. Zhang,2024: Coupling is key for the tropical Indian and Atlantic Oceans to boost Ssuper El Ni?o. ?Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adp2281.
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2281
圖1. 赤道太平洋變暖對解耦印度洋和大西洋的響應。(A) 在CTRL試驗中，從1月(0年)到3月(1年)的赤道(5°S-5°N)海表溫度(陰影，°C，點狀線表示95%置信水平上的重要性)和表面緯向風(等值線，m/s，僅顯示超過95%置信水平的值)的異常。(B) 在CTRL試驗中，從1月(0年)到3月(1年)的月度標準化Ni?o3.4指數。實線顯示平均值，陰影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之間的置信區(qū)間。(C)，(D) 類似于(A)，(B)，但顯示的是dInA的結果。在(D)中，黑色線和陰影顯示dInA的平均值和置信區(qū)間，而紅線是CTRL的平均值。
圖2. 印度洋和大西洋對超級厄爾尼諾的單獨和協同助推作用。(A) 從1月(0年)到3月(1年)的月度標準化Ni?o3.4指數對印度洋單獨作用的響應（dAtl減dInA之差）。實線顯示平均值，陰影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之間的置信區(qū)間。(B) 與(A)相同，但針對大西洋的單獨（dIO減dInA之差）。(C) 與(A)相同，但為兩大洋單獨作用的離線總和（(A)加(B)）。(D) 與(A)相同，但為考慮了耦合效應的協同作用（CTRL減dIO之差）。(E) 與(A)相同，但為考慮了耦合效應的協同作用（CTRL減dAtl之差）。(F) 與(A)相同，但為兩大洋同時活躍的協同作用（CTRL減dInA之差）。Ni?o3.4指數時間序列上、下方的示意圖展示了如何計算單獨和協同助推作用。
圖3. 大西洋和印度洋的耦合效應增強跨洋盆作用的機制示意圖。以大西洋為參考視角，（A）當大西洋單獨作用于超級厄爾尼諾的發(fā)展時，太平洋暖池的東擴相對較小，背景對流較弱，因此對大西洋的遠程效應響應相對不敏感；（B）當印度洋的作用與大西洋耦合時，太平洋暖池的東擴較大，背景對流增強，對大西洋遠程效應的敏感性增強。
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