热带太平洋气候变化信号
作者:sio
时间:2023年01月06日
访问次数:1400

      国际气候变化期刊Nature Climate Change在线发表了我所题为“Emergence of climate change in the tropical Pacific”的重要研究成果。该文章的第一兼通讯作者为卫星海洋环境动力学国家重点实验室应俊副研究员,合作者包括海洋二所陈大可院士,英国埃克塞特大学Mat Collins教授,澳大利亚联邦科学与工业研发组织蔡文炬院士,韩国IBS气候物理研究中心Axel Timmermann教授和Karl Stein博士以及中国科学院大气物理研究所黄平研究员。

       热带太平洋作为地球上短期气候振荡最强信号——厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的发源地,其在全球变暖背景下的气候变化一直以来都是大气和海洋科学界研究的焦点。以往的研究主要聚焦于热带太平洋上的平均态海表温度(海温)和降水,以及ENSO相关的海温和降水对全球变暖的响应。然而,这些对全球变暖响应的信号是否已经超过热带太平洋上气候系统内部变率的信号却不得而知。这一问题不仅是气候变化研究中的核心内容,同时也是相关国家在制定应对气候变化的政策时所重点关注的对象。



图1 多模式集合平均的赤道东太平洋(2.5°S–2.5°N, 180°W–100°W)年平均海温(a)和降水(b)的信噪比以及ENSO海温(c)和降水(d)的信号。图(a)和(c)中的不同蓝色曲线代表三套海温观测资料的结果。图中的黑色虚线代表阈值,图(c)中的三条不同蓝色虚线对应不同观测海温下的阈值。图中灰色的阴影代表模式间的标准差,颜色越深代表未来排放情景越强。

       针对上述问题,文章作者们利用最新发布的CMIP6多模式资料,分别估算了热带太平洋年平均海温和降水、ENSO海温和降水的气候变化信号显现时间。从多模式集合平均的结果来看,年平均海温变化的信号在热带太平洋绝大部分区域已经显现出来(图1a),并且最迟出现在ENSO异常信号发生的东太平洋地区,而年平均降水变化的信号则出现在本世纪中叶,且该信号对未来温室气体的排放情景存在一定的敏感性(图1b);而ENSO海温和降水变化的信号目前均没有显现。据估算,ENSO降水变化的信号大约在2040年前后得以显现,这要比ENSO海温变化的信号(大约在2070年前后)显现时间早大约30年左右(图1c, d)。此外,ENSO海温变化的信号对未来温室气体的排放情景存在敏感性(即排放情景越强(弱),则ENSO海温变化信号显现得越早(迟)),而ENSO降水变化的信号则对排放情景不敏感。

       理论研究进一步表明,年平均海温变化的信号主要反映了热带平均海温变化的信号,而年平均降水变化则主要受局地热带平均海温相对变化(即减去热带平均海温的变化)所调制(“暖更湿”机制)。因为热带平均海温变化信号的出现早于相对海温变化的信号,因此年平均降水变化的信号要早于年平均海温变化的信号;另一方面,由于ENSO降水的变化同时受平均态水汽的变化(热力部分)和ENSO驱动的大气环流变化(动力部分,与ENSO海温变化相关)调控,而热力部分的信号要早于动力部分的信号,因此ENSO降水变化的信号要早于ENSO海温变化的信号显现出来。上述结论在大部分模式以及多模式集合平均中均有显著体现。

       热带太平洋上的气候变化研究是陈大可院士带领的“大洋环流与气候变化”研究团队近几年的研究方向之一。自2015年以来,陈大可院士团队分别在Nature Geosciences、National Science Review、Journal of Climate、Geophysical Research Letters等国际顶尖期刊发表关于厄尔尼诺多样性的形成机制、全球变暖下热带太平洋海温纬向梯度变化的形成机制及不确定性等方面的研究工作。


引用:

Ying J., M. Collins, W. Cai, A. Timmermann, P. Huang, D. Chen, K. Stein, 2022: Emergence of climate change in the tropical Pacific. Nature Climate Change, doi: 10.1038/s41558-022-01301-z.