全球变暖背景下热带太平洋冷舌模态对El Niño的影响及其机理研究

Two types of El Niño play an important role in modulating global short-term climate anomalies. Mechanisms of El Niño shape change has long been of great concern to the meteorological community. Although great progress have been made, the tropical Pacific sea surface temperature (SST) background state, as an important factor in influencing El Niño shape change, is a fundamental topic requiring further investigation. Focusing on the tropical Pacific cold tongue mode (CTM), which represents SST background state over the tropical Pacific, this project will first study influence of the CTM on El Niño’s air-sea interaction through statistical analysis. Then, potential dynamic mechanism associated with impact of the CTM on El Niño are investigated by using dynamic diagnosis and theoretical analysis methods. Based on these, this project will provide the statistical model which projects the El Niño final type (EP/CP) by using the CTM index. Using CMIP5 model datasets, this project will also evaluate model’s performance and analyze the CTM variability and its impact on El Niño in the historical simulation. The implement of these relevant work could provide more insight into understanding the ENSO dynamics under global warming and projection associated with two types of El Niño.

两类El Niño对调控全球的短期气候异常有着重要作用。目前围绕El Niño形态变化的机理研究已经取得了诸多重要进展。然而，针对全球变暖背景下热带太平洋海温背景场对El Niño形态的影响，尚有许多科学问题值得深入探索。本项目以能表征热带太平洋海温背景场的冷舌模态为切入点，采用资料统计、动力诊断、和理论分析相结合的方法，分析热带太平洋冷舌模态对El Niño海气耦合过程的影响，进一步探讨冷舌模态影响El Niño的动力机制。在此基础上，建立用冷舌模态指数预测El Niño最终类型（东部型/中部型）的统计模型。本项目还利用CMIP5模式资料，评估模式模拟冷舌模态及其影响El Niño的能力。相关工作的开展，可为探索全球变暖强迫下的ENSO动力学提供新的思路，为两类El Niño的预测提供新的线索。

在全球变暖强迫下，热带太平洋海温背景场随之变化，对El Niño的多样性及热带海气相互作用过程都有重要影响。已有研究指出，热带太平洋冷舌模态（cold tongue mode，CTM），作为热带太平洋海温的第二主模态，能很好地表征热带太平洋海温背景场。本项目主要完成了五个方面的研究内容。首先，利用多套海表温度资料和次表层海温资料，发现在全球变暖背景下，当去除ENSO信号的干扰后，热带太平洋冷舌区为长期冷趋势，而冷舌区之外的热带太平洋区域为长期暖趋势，即为西部比东部更暖的海温长期趋势，这些现象都由CTM所引起。第二，本项目揭示了CTM主要会导致El Niño发展期间赤道东太平洋温跃层反馈减弱，从而引起El Niño的暖中心沿着赤道向西偏移。这意味着近期频繁发生的中部型El Niño通过CTM与全球变暖强迫有紧密联系。第三，本项目评估了CMIP5模式对CTM时空特征的模拟能力，发现对CTM模拟能力较好的模式基本上能模拟出CTM的主要海洋内部动力过程。第四，本项目发现在全球变暖背景下，赤道西太平洋信风增强，而赤道东太平洋信风减弱。相比于年际变率和年代际变率，CTM通过Gill–Matsuno响应对信风长期趋势起着主要贡献。第五，CTM所对应的赤道东太平洋冷海温异常会导致赤道西大西洋信风减弱，从而引起东大西洋温跃层变厚，通过热带大西洋温跃层反馈过程导致赤道东大西洋海温异常变暖，最终引起赤道大西洋海温梯度减弱。项目研究成果聚焦于全球变暖背景下的热带海温变化，进一步证明了人类活动排放温室气体所引起的全球变暖对热带海温变化的重要作用，厘清了近期频繁发生的中部型El Niño与全球变暖强迫的紧密联系，拓展了全球变暖背景下的ENSO动力学，发现了全球变暖背景下热带太平洋通过跨洋盆的海气相互作用过程影响赤道大西洋海温梯度。