影响ENSO强度和不对称演变的机理研究

El Niño-Southern Oscillation is the strongest interannual variability in the globe. The objectives of this proposed research is to investigate the specific physical mechanisms responsible for the occurrence of a super El Niño event, the asymmetric life cycle evolution of El Niño and La Niña, and divergent projections of ENSO amplitude changes under global warming. We will take a combined approach of theoretical analysis, observational data (including reanalysis and CMIP5 model output) diagnosis, and idealize numerical modeling. For the first part, we will reveal statistically significantly different precursor signals between super El Niño and regular El Niño groups and possible “accelerating” and “prohibiting” processes during their developing phase. For the second part, we will investigate, through a mixed layer heat budget analysis, the nonlinearity in the atmospheric response to El Niño and La Niña and the oceanic response to surface wind stress forcing. For the third part, we will examine the relative contribution of the mean state change and the ENSO perturbation change and the impact of various dynamic and thermodynamic feedback processes in regulating ENSO amplitude change within 20+ CMIP5 models.

厄尔尼诺—南方涛动 (ENSO) 是地球气候系统中最强的年际变率。本项目主要研究目标是揭示“超级”厄尔尼诺事件的发生机制，厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史不对称的机理，以及在全球变暖背景下ENSO振幅变化的原因及机理。本项目拟采取理论分析，观测资料（包括多套再分析资料和CMIP5模式结果）诊断，和理想数值试验相结合的方法研究以下三个方面的内容:（1）揭示“超级”厄尔尼诺与“常规”厄尔尼诺之间在前期信号及发展阶段存在的显著差异; 定量分析造成2014年超级厄尔尼诺流产的动力原因及2015超级厄尔尼诺形成的机理。（2）通过混合层热收支诊断，深入理解厄尔尼诺和拉尼娜冷、暖事件转型演变不对称的机理。（3）通过对20多个CMIP5模式分析，揭示导致ENSO振幅预估明显分歧的关键海气动力和热力反馈过程。根据太平洋平均经圈环流（STC）和ENSO强度变化的紧密关系，提出预估未来ENSO强度变化的新方法。

厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）是地球气候系统中最强的年际变率。本研究的目的是探讨在当前气候状态和未来气候变暖背景下，控制ENSO振幅、结构和演变的物理机制。研究特别关注了导致超级厄尔尼诺事件发生的物理过程，厄尔尼诺和拉尼娜的生命史不对称性和遥相关型，以及全球变暖下ENSO振幅变化的预测。通过理论分析、观测诊断和理想数值模拟相结合的方法，发表了多篇SCI论文成果。通过相关研究，提高了目前对于ENSO动力学的理解和认识。项目主要研究成果总结如下：（1）揭示了“超级”厄尔尼诺和“常规”厄尔尼诺的前期信号存在统计显著性差异；（2）厘清了超级厄尔尼诺形成的两种独特方式：1982年和1997年的超级厄尔尼诺是由热带西太平洋的强正温跃层深度异常引发的，而2015年的超级厄尔尼诺是在异常强西风事件（WWE）触发下西太平洋负温跃层深度异常所引发；（3）通过分析20多个CMIP5模式中Niño-4区域温跃层对单位表面风应力的独立反馈过程，探讨了全球变暖条件下，受ENSO经向结构和太平洋气候平均经圈环流（STC）强度共同控制的ENSO振幅变化的不同预测情况；（4）揭示了厄尔尼诺和拉尼娜事件生命史演化过程不对称性取决于非线性海洋动力过程和热力过程（热通量）的共同作用；（5）阐述了ENSO—热带北大西洋遥相关和ENSO振幅受到AMO相位的调制；（6）明确了厄尔尼诺和拉尼娜事件中西北太平洋大气响应的不对称性取决于非线性湿焓平流过程。