中太平洋型ENSO对太平洋海表盐度低频变化影响研究

The study on the low-frequency variability of the sea surface salinity (SSS) over the Pacific Ocean is crucial for understanding the ocean-atmosphere water cycle and improving the predictability for global climate change. The Central Pacific ENSO (CP-ENSO), through its teleconnection with the North Pacific Oscillation (NPO) and the North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), impacts the SSS low-frequency variability. However, the mechanism behind has not been fully understood. Based on comprehensive comparison and cross validation of the SSS data from various CMIP6 models, this project aims to use a linear regression method to compare the dominant patterns of the large-basin SSS low-frequency variability associated with different regional climate modes, including NPGO and CP-ENSO modes. Based on the first order autoregressive (AR-1) model, the forcing of NPO to NPGO-like SSS mode is to be verified on nonlocal or local scales. Based on the Community Earth System Model (CESM), a control simulation is firstly established; an instantaneous singular value decomposition is performed to couple the wind anomalies and sea surface temperature anomalies in the tropics; four contrast simulations are then designed in which the nonexistence and intensity changes of CP-ENSO can be simulated by decomposing and reconstructing the empirical modes, to reveal the impacts of the appearance or development of CP-ENSO on the SSS low-frequency variability. The study provides a scientific basis for further understanding the teleconnection between tropical ENSO forcing and extratropical low-frequency variability.

太平洋海表盐度低频变化研究对于揭示大洋海气水循环机制、提高全球气候变化可预测性具有重要意义。中太平洋型ENSO（CP-ENSO）通过与北太平洋振荡（NPO）、北太平洋涡旋振荡（NPGO）之间的遥相关作用影响盐度的低频变化，但当前对这种影响的机理认识还不够充分。拟通过CMIP6多模式数据的交叉检验，利用线性回归方法比较CP-ENSO和NPGO等区域性气候模态对全流域海表盐度低频变化的不同影响，并利用一阶自回归模型验证NPO对海表盐度NPGO模态驱动的全局或局部适用性；基于CESM通用地球系统模式建立控制试验，利用瞬时奇异值分解方法进行热带海气耦合，通过分解、重构耦合经验模态，设计能够实现CP-ENSO影响移除和强度调整的对比试验，揭示CP-ENSO生消发展对海表盐度低频变化特征的影响。研究可为进一步认识热带ENSO强迫与热带外海洋低频变化的遥相关机制提供科学依据。

北太平洋海表盐度年代际变化（NPSDV）在海洋环流和全球水循环中起着重要作用。本项目着眼于NPSDV的驱动因子和机制，围绕三个科学问题开展研究：太平洋海表盐度数据可靠性和模态多样性分析；NPSDV驱动因子识别和动力机制检验；热带强迫对NPSDV影响的数值试验。.首先，对现场、卫星观测及ORAS4、EN4.2.1、GODAS等再分析产品在盐度误差、变化振幅、空间模态等方面进行可靠性分析。.然后，基于ORAS4和CMIP6的30个耦合模式数据，利用一阶滞后自回归（AR-1）模型及频谱和相关分析等方法，发现NPSDV由盐度“再现”机制、东太平洋和中太平洋厄尔尼诺-南方涛动（EP-ENSO，CP-ENSO）、阿留申低压（AL）、北太平洋振荡（NPO）、黑潮和亲潮延伸体（KOE）经向和纬向模态（KOE-M，KOE-Z）等动力因子共同驱动。考虑上述驱动因子的AR-1模型可很好重构NPSDV空间结构。其中，KOE、北太平洋海流（NPC）、加州海流系统（CCS）和阿拉斯加海岸流（ACC）强流区的显著盐度异常表现为两种模态：KOE-NPC与CCS-ACC盐度异常反向的偶极子模态（Dipole），KOE-NPC盐度正异常的单极子模态（Monopole）。NPSDV的大部分变化方差都来自盐度再现机制，但其他主导强迫因子却不尽相同：在ORAS4中，Dipole为50%的EP-ENSO和32%的CP-ENSO，Monopole为58%的NPO和54%的CP-ENSO；在CMIP6中，两种盐度模态的顺序和时间相位、功率谱特性、AR-1重构结果等都对具体模式选择非常敏感；相比ORAS4，CMIP6中NPSDV强迫项影响较弱，部分是由于模式中滞后响应时间偏大。.最后，通过FGOALS-g2模式的两个对比试验，研究了ENSO对NPSDV的非线性影响。一个是将热带太平洋海温恢复到观测气候态的No-ENSO试验，另一个是完全海气耦合的ENSO试验。No-ENSO试验中，Dipole模态显著，Dipole和Monopole表现出较高的年代际方差，Monopole在各尺度上的峰值频率、强度与观测几乎一致。ENSO试验中，ENSO通过调节北太平洋上空的AL/NPO及相关地面风，建立年代际变化更强的Dipole，Monopole年代际变化则变弱。.成果为深入理解盐度变化、提高太平洋气候可预测性提供了科学依据。