Science Advances刊登研究團隊關(guān)于三大洋相互作用的研究成果
中國科學(xué)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(xiàn)象是熱帶三大洋相互作用的結(jié)果,并發(fā)現(xiàn)熱帶大西洋和印度洋的耦合效應(yīng)在超級厄爾尼諾的形成和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。研究成果由LTO博士后范漢杰(現(xiàn)任中山大學(xué)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(xué)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(tǒng)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(yù)測,是科學(xué)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(shù)據(jù)和CMIP6模式數(shù)據(jù)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(guān),即超級厄爾尼諾是三大洋相互作用的結(jié)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?shù)脑O(shè)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(jié)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(guān)鍵的是,研究區(qū)分了單一洋盆作用與耦合作用的協(xié)同效應(yīng)。單獨作用的效果較弱且存在較大不確定性,而耦合效應(yīng)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(yīng)(圖2)。這種差異與對流敏感性的非線性特性密切相關(guān)(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(yīng),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(guān)鍵作用,指出了從單一大洋研究的局限性,強調(diào)了考慮協(xié)同耦合效應(yīng)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(xué)基金重大項目、國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金青年項目等的聯(lián)合資助。
相關(guān)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(yīng)。(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(shù)。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(jié)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(xié)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(shù)對印度洋單獨作用的響應(yīng)(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(yīng)的協(xié)同作用(CTRL減dIO之差)。(E) 與(A)相同,但為考慮了耦合效應(yīng)的協(xié)同作用(CTRL減dAtl之差)。(F) 與(A)相同,但為兩大洋同時活躍的協(xié)同作用(CTRL減dInA之差)。Ni?o3.4指數(shù)時間序列上、下方的示意圖展示了如何計算單獨和協(xié)同助推作用。
圖3. 大西洋和印度洋的耦合效應(yīng)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(yīng)響應(yīng)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(yīng)的敏感性增強。
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