全球变暖背景下太平洋两类经向模态对ENSO的影响

The ENSO has great impact on global climate, ecosystem, etc. The prediction of ENSO as well as changes of ENSO properties in the future, are among the most important issues in physical oceanography and climate change sciences. Previous studies have shown that the North Pacific Meridional Mode (NPMM) and South Pacific Meridional Mode (SPMM) effectively act as conduits through which the extratropical atmosphere and ocean influence tropical Pacific. NPMM and SPMM have been proved to be important precursors of ENSO and tend to be more effective in exciting Central Pacific and Eastern Pacific ENSO events, respectively. Moreover, the combined action of ENSO and PMMs may act as sources of Pacific decadal variance. However, how the two PMMs will response to greenhouse warming, and whether the impact of the PMMs on ENSO will change in the future, are still unclear. This project intends to combine the observational data, the CMIP5/CMIP6 multi-model outputs and a global coupled model to study: (1) response of NPMM and SPMM to greenhouse warming and the underlying dynamics (2) changes of the impact of NPMM and SPMM on ENSO under greenhouse warming and the corresponding mechanism. Intensive studies on these scientific questions is not only a new idea and necessary part to evaluate and understand the future changes of ENSO, but also help to diagnose and estimate the influence of extratropical variabilities on tropical Pacific under global warming. Meanwhile, this project may help to improve the ability of the coupled models to simulate the present and future climate.

ENSO对全球气候和生态系统等有显著影响，其各项特征的预测及未来变化，一直是物理海洋和气候学科重点关注的前沿科学问题。已有研究表明，太平洋南、北两类经向模态是太平洋中高纬大气变率能够影响热带太平洋及ENSO的主要途径之一，也是ENSO重要的触发因子。二者分别倾向于关联不同类型的ENSO事件，且可与ENSO相互作用，成为太平洋年代际变异的可能起源。随着全球变暖，两类经向模态如何响应，对ENSO的影响是否有变化，尚缺乏足够的认识。本项目拟结合观测、CMIP5/CMIP6多模式输出结果以及全球海-气耦合模式，详细研究全球变暖背景下：（1）太平洋两类经向模态的变化特征及机制（2）太平洋两类经向模态变化对ENSO的调控过程及机理。这不仅是评估和理解ENSO未来变化的新思路及重要环节，也能了解和预估未来中高纬变率对热带的作用，并为ENSO的预测提供一定的依据，有助于耦合模式对气候系统模拟能力的提高。

ENSO是地球气候系统在年际尺度的最强模态，对全球气候、农业和生态等产生重要影响。如何提高全球变暖背景下ENSO的预测预估水平是海洋与地球科学领域的前沿科学问题。太平洋北、南两类经向模态（NPMM和SPMM）是副热带北、南太平洋海气耦合的主模态，可通过海洋动力过程和热动力过程对ENSO的发生和发展产生影响，是ENSO的有效预测因子。而过去两类经向模态对ENSO的影响是否稳定，全球变暖背景下两类经向模态本身及其对ENSO的作用是增强还是减弱，尚不清楚。.围绕该科学问题，本项目基于观测/再分析数据、CMIP5和CMIP6两代气候模式多模式多场景输出数据以及全球海气耦合模式试验，重点研究并取得以下成果。1，阐明了NPMM和SPMM对ENSO的影响在过去70年存在明显的年代际变化，不同时期的背景场导致不同强度的WES反馈和信风充放电过程是主导机制；该成果表明两类经向模态对ENSO的预测需要考虑不同时期以及对应的背景场状态。2，首次发现全球变暖将导致NPMM对ENSO的影响显著加强，同样的海温异常叠加在更暖的背景海温上将导致更强的大气响应，由此副热带太平洋的热动力过程更加高效地在赤道太平洋诱导出风场异常，有助于更多更强ENSO事件的发生；该成果为提高未来ENSO的预测水平提供了科学依据，对深入理解全球变暖背景下的热带外-热带相互作用具有重要意义；成果发表在Nature Climate Change，并入选“2021年度中国海洋与湖沼十大科技进展”。3，首次发现全球变暖将导致大西洋尼诺对ENSO的影响显著减弱，提出未来大气的层结更加稳定是主导机制；同样强度的大西洋尼诺海温异常无法有效诱导出大气深对流，也就无法改变沃克环流结构进而影响到热带太平洋；该成果表明未来大西洋尼诺对ENSO的预测效果显著减弱，热带大西洋与热带太平洋在气候上倾向于更加孤立，这为理解全球变暖背景下的热带跨海盆相互作用提供了新思路，也进一步提示NPMM在未来ENSO预测预估中的重要作用；该成果发表在Science Advances，并入选“2019年度中国十大海洋科技进展”。