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引起洪灾的“极端厄尔尼诺”如何形成?广州科学家揭示背后机制 

来源:广州日报  作者:龙锟 通讯员徐晓璐  2021-03-23 09:11:49

近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)王春在研究员团队在极端厄尔尼诺事件形成机制方面取得新进展。该研究以硕士研究生王嘉祯为第一作者、王春在研究员为通讯作者发表在《气候学报》Journal of Climate(SCI一区Top)上。

厄尔尼诺–南方涛动现象(ENSO)是地球系统中最显著的、影响最广泛的年际变率。极端(或超强)厄尔尼诺事件的形成机制和预测是科学界面临的难题之一。在极端厄尔尼诺期间,赤道中东太平洋的海表面温度大范围增暖,平均幅度为2-3°C,局部甚至达4-5°C。温暖的洋面持续加热上方大气,将影响通过遥相关散布全球。自20世纪50年代广泛观测以来,极端厄尔尼诺一共发生过四次,分别是1972/73年、1982/83年、1997/98年和2015/16年。最近的2015/16事件引起我国南方大面积洪涝,导致全国3402.8万人次受灾,直接经济损失达455.1亿元(数据来源:中国政府网)。

极端厄尔尼诺事件的形成时间较早,并且伴随着夏季热带大西洋整体偏冷(大西洋尼娜模态)和夏秋季热带印度洋东冷西暖(正印度洋偶极子模态)的海温格局,有别于普通的厄尔尼诺事件。据此,对于极端厄尔尼诺的形成,研究者提出了印度洋–大西洋助推机制(Indo-Atlantic Booster,IAB),其过程涉及同季节循环耦合的热带三大洋相互作用(图1)。由于极端厄尔尼诺的形成时间较早,使得其在夏季时积累了足够的强度激发其他两大洋的响应。具体表现为太平洋上空的对流在其东侧激发东风异常并蔓延到大西洋,加强了局部东北信风,促进形成大西洋尼娜模态(冷海温异常);而在其西侧的印度洋激发表面风场异常,与夏季风和季节性上升流配合产生东印度洋偏冷的正偶极子形态,使热带三大洋盆东侧的海温呈现出“冷–暖–冷”的格局。同时在该耦合过程中,大西洋尼娜模态与正印度洋偶极子模态接力强化了盘踞在热带上空的异常沃克环流,增强的西风异常进一步推动了极端厄尔尼诺事件的发展,形成对厄尔尼诺的正反馈。上述耦合和反馈过程揭示了极端厄尔尼诺事件是热带三大洋相互作用的产物。研究表明了只有考虑印度洋和大西洋海温演变并合理表现出其与ENSO的相互作用过程,才能有效提高极端厄尔尼诺的预测水平。

该研究由国家重点研发计划专项、国家自然科学基金重点项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项、广东省领军人才项目共同资助完成。


图1 IAB型海温在(a)夏季和(b)秋季与极端厄尔尼诺相互作用的示意图。


图a中,印度洋和大西洋处的黑色箭头为极端厄尔尼诺激发其他大洋响应的途径。图a和b中,太平洋上的绿色和红色箭头分别为大西洋和印度洋强化极端厄尔尼诺的途径。对比极端厄尔尼诺事件,普通厄尔尼诺在印度洋和大西洋的海温信号较弱。

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