不同类型ENSO特征及其与次表层海温异常的联系

The subsurface ocean temperature anomaly and its propagation in the tropical Pacific is an important precursor for the occurrence, development, and transition of ENSO. However, the obvious increasing of non-canonical ENSO since 1990s brings many uncertainties to the canonical theories of ENSO. Thus, it needs to dig the understanding of ENSO diversity for improving the forecasting skill. Currently, there are big disagreements in the classification of ENSO events, particularly the La Niña events among various indices and methods, and there are also some disputations for the roles of subsurface ocean temperature change in the evolution of different ENSO flavors. Therefore, this project aims at the features of ENSO diversity and its connection to SOTA, based on high quality of ocean observation and reanalysis data. Adopting new definitions and methods, the spatial types of ENSO in each phase and the evolution types of ENSO in their whole lifecycle will be classified more subtly and reasonably. On this foundation, the different atmosphere-ocean coupled features among various types of ENSO, especially the relationships between different types of ENSO and the SOTA are uncovered, the internal physical progresses and dynamic mechanisms of these correlations are revealed, and the key factors that can impact ENSO types are explored, by using the statistical analysis, dynamical analysis, and numerical model data. This is significant to the deep understanding the ENSO diversity and useful for the improvement of ENSO prediction.

热带太平洋次表层海温异常（SOTA）及其传播是ENSO发生发展和相位转换的重要征兆。然而，自20世纪90年代以来，非传统型ENSO的显著增多对传统ENSO理论带来了不确定性。为提高ENSO预测预报水平，亟需加强对ENSO空间形态和演变多样性的认知。当前，各种指数方法对于ENSO事件尤其是La Niña事件类型的辨识还存在较大分歧，对次表层海温变化在不同类型ENSO的发生发展以及冷暖相位转换中的作用也存在较大争议。因此，本项目拟以ENSO多样性特征及其与次表层海温异常的联系为研究对象，利用观测和再分析资料，采用新的定义和方法，对ENSO事件各阶段类型以及演变类型进行更为细致合理的划分。在此基础上，综合运用统计学分析、动力学分析和数值模式结果等，深入分析ENSO事件不同类型间的海气耦合特征差异，尤其是不同类型ENSO与SOTA及其信号传播间的联系，阐明二者相互联系的物理过程和动力学机理，探寻影响ENSO类型的关键因子，为深化对ENSO多样性本质的认识和提高ENSO预测预报水平提供基础理论支撑。

20世纪90年代以来，人们发现有越来越多的非传统型El Niño出现，与传统的El Niño在空间形态、周期变化以及气候影响等方面都有很大不同，这对经典的ENSO理论带来很大挑战。然而当前，各种指数方法对于ENSO事件尤其是La Niña事件类型的辨识还存在较大分歧，对次表层海温变化在不同类型ENSO的发生发展以及冷暖相位转换中的作用也存在较大争议。如何能更加客观、准确地划分ENSO类型？不同类型的ENSO其海气耦合特征有何区别？非传统型的ENSO是否也与次表层海温异常的变化和传播密切相关？CMIP5模式是否可有效模拟出ENSO多样性及其与次表层海温的关联？针对上述科学问题，本项目利用观测和再分析资料，采用新的定义和方法，对ENSO事件各阶段类型以及演变类型进行更为细致合理的划分。在此基础上，综合分析了ENSO事件不同类型间的海气耦合特征，尤其是温跃层、海表温度和海面风场之间的耦合特征；阐明了不同类型ENSO与次表层海温相互联系的物理过程与机理，探寻了影响ENSO类型的前兆因子。 .研究发现：采用滑动30年平均气候态计算的异常场以及用三个Niño指数综合定义ENSO的方法，能更有效地识别出“真正”的ENSO事件；采用基于人工神经网络智能算法的自组织图（SOM）方法则能更客观、准确地实现了ENSO分类；对不同类型El Niño与次表层海温异常的关系所做的探讨则表明，无论EP峰值型/开始型还是CP峰值型/开始型El Niño，其发生发展都与次表层海温有较大关联，但EP型的关系更为紧密，次表层海温变化可以作为预报其发生发展的有效因子；而CP型El Niño的发生则更多像是独立的事件，次表层海温异常并不能有效预测其发生发展，但在其衰亡阶段，表层与次表层海温变化却有着很好地相关。对CMIP5模式的分析结果则表明，大多数模式对ENSO多样性的再现能力仍然十分有限，尤其是对中部型ENSO的模拟能力较差，对次表层海温异常的模拟效果更不尽如人意；说明提升当前气候系统模式对CP-ENSO事件的描述以及对次表层热力动力过程的刻画，仍是增强模式表现的重要途径。此外，项目组还发现不同类型ENSO对秋季西北太平洋台风影响有着显著差异，并且与印度洋偶极子的相互作用也有明显不同。这些研究结果，深化了对ENSO多样性与次表层海温异常联系以及热带太平洋和印度洋相互作用的认识，为提高ENSO预测预报水平