近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）/ 全球海洋和氣候研究中心(GOCRC)王春在研究員團(tuán)隊(duì)研究了太平洋經(jīng)向模態(tài)（PMM）的位相非對稱性及其對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）的影響。研究成果以博士后范漢杰為第一作者、王春在研究員為通訊作者、中山大學(xué)楊崧教授為合作作者發(fā)表在國際期刊Geophysical Research Letters上。
PMM是太平洋最為強(qiáng)盛的熱帶外海洋-大氣模態(tài)之一，與發(fā)生在熱帶的ENSO之間存在密切的相互作用。PMM活動能夠引起赤道的緯向風(fēng)異常，配合熱帶的海洋-大氣耦合能夠推動同位相的ENSO事件發(fā)生；而ENSO相關(guān)的赤道中太平洋海溫異常則能夠通過激發(fā)熱帶外的大氣波動從而激發(fā)/維持同位相的PMM事件。PMM事件除了由熱帶海溫激發(fā)以外，還可能由熱帶外的隨機(jī)大氣活動（如北太平洋濤動NPO等）引起；因此PMM可以根據(jù)其發(fā)生原因分為繼發(fā)型（由熱帶海溫激發(fā)）和偶發(fā)型（由熱帶外隨機(jī)大氣活動激發(fā)）兩類事件。這樣的兩類事件分別對ENSO事件起到了“維持”和“觸發(fā)”的作用，即分別有助于持續(xù)型（連續(xù)多年的）和片段型（由中立爆發(fā)的）ENSO事件的發(fā)生，從而加強(qiáng)了ENSO轉(zhuǎn)換復(fù)雜性。那么，兩類PMM事件是否有不同的特征，并對ENSO事件轉(zhuǎn)換造成影響呢？
針對以上問題，本研究采用再分析資料和CESM耦合模式模擬數(shù)據(jù)對兩類PMM事件進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)兩類事件強(qiáng)度的位相非對稱性呈相反特征（圖1）。繼發(fā)型PMM事件通常在負(fù)位相比較強(qiáng)（非對稱性為負(fù)）；而偶發(fā)型PMM事件則是在正位相可能發(fā)展為更大的強(qiáng)度（非對稱性為正）。進(jìn)一步診斷表明，繼發(fā)型事件的負(fù)非對稱性是由其觸發(fā)因子（赤道中太海溫）的負(fù)非對稱性造成的；而偶發(fā)型事件的觸發(fā)因子（中緯度隨機(jī)大氣活動）基本對稱，但由于PMM在正位相的增長效率更高而表現(xiàn)出正非對稱特征。
圖1. 繼發(fā)型（左列）和偶發(fā)型（右列）PMM事件強(qiáng)度的位相非對稱性。
第一行為觀測結(jié)果，第二行為CESM控制試驗(yàn)結(jié)果。散點(diǎn)圖橫坐標(biāo)為冬季熱帶中太平洋海溫指數(shù)，縱坐標(biāo)為次年春季的副熱帶東北太平洋海溫指數(shù)，黑色散點(diǎn)為所有事件，紅（藍(lán)）色散點(diǎn)是正（負(fù)）事件合成，紅（藍(lán)）色數(shù)字為正（負(fù)）事件個(gè)數(shù)。柱狀圖為正負(fù)事件的概率分布圖。
基于以上結(jié)果，本研究進(jìn)一步指出兩類PMM事件除了分別助推“持續(xù)型”和“片段型”ENSO事件發(fā)生以外，還由于其相反的非對稱性造成ENSO正負(fù)事件（厄爾尼諾/拉尼娜）在轉(zhuǎn)換上表現(xiàn)出差異。繼發(fā)型PMM事件的負(fù)非對稱性有助于更多的“持續(xù)型”拉尼娜事件發(fā)生，而偶發(fā)型PMM事件的正非對稱性則有助于更多的“片段型”厄爾尼諾事件發(fā)生（圖2）。
圖2. PMM位相非對稱性對ENSO轉(zhuǎn)換復(fù)雜性及其正負(fù)差異的貢獻(xiàn)。
（a）“持續(xù)型”，“轉(zhuǎn)換型”和“片段型”厄爾尼諾/拉尼娜事件個(gè)數(shù)。（b）正偶發(fā)型PMM事件和“片段型”厄爾尼諾事件的個(gè)數(shù)和重疊情況。（c）負(fù)繼發(fā)型PMM事件和“持續(xù)型”拉尼娜事件的個(gè)數(shù)和重疊情況。
本研究強(qiáng)調(diào)了熱帶-熱帶外相互作用的重要性，因此需要跳出赤道從更大的研究視角理解太平洋的海洋-大氣相互作用和ENSO的機(jī)制與預(yù)測。研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目等共同資助。
相關(guān)論文信息：Fan, H., C. Wang*, & S. Yang, 2023: Asymmetry between positive and negative phases of the Pacific Meridional Mode: a contributor to ENSO transition complexity. Geophys. Res. Lett., 50, e2023GL104000.
文章鏈接：http://dx.doi.org/10.1029/2023GL104000
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