北京时间2024年7月2日，加州大学圣地亚哥分校谢尚平教授团队在《自然—气候变化》杂志（Nature Climate Change）发表题为“Collapsed upwelling projected to weaken ENSO under sustained warming beyond the twenty-first century”的研究论文，系统研究了在21世纪之后强全球变暖使得ENSO振幅减少的关键物理机制。
加州大学圣地亚哥分校斯克利普斯海洋研究所彭启华为论文第一作者，谢尚平教授为通讯作者，美国国家大气研究中心、美国国家科学院院士Clara Deser研究员为论文共同作者。
厄尔尼诺南方涛动（El Niño-South Oscillation, ENSO）是全球影响年际尺度气候异常的最强信号，其可通过遥相关的方式对全球天气、经济和社会等产生巨大影响。由于受到人为二氧化碳排放的影响，全球持续增暖。目前已有大量文章探讨了21世纪末ENSO振幅的变化，也取得诸多进展。但学术界对于21世纪之后ENSO振幅的变化及其包含的机制却知之甚少。事实上，ENSO对全球变暖的响应在不同的阶段会呈现出较大差异。探讨21世纪之后ENSO的变化及机制对于我们更好地认识全球变暖影响ENSO的物理本质有重要的科学意义，同时也为我们更好地理解21世纪ENSO的变化提供重要参照。
该研究对运行到2300年的气候模式输出进行了分析，结果发现在高排放情境下（SSP585/RCP8.5）,16套模式中有15套（约94%）模式显示ENSO振幅在23世纪末（2241-2290年）相较于20世纪会显著减小（图1），这与21世纪末ENSO振幅的变化形成了鲜明的对比。
图1. 气候模式中在2241-2290年间ENSO振幅的变化
与之相对应的是热带东太平洋气候态背景场在21世纪之后发生了强烈的转换。在当前气候状态下，东太平洋区域温跃层抬升，上升流强劲，冷舌充分发展，深对流受到抑制，这为ENSO的发展创造了有利条件。而在21世纪之后，受强二氧化碳强迫的影响，东太平洋区域出现厄尔尼诺型的增暖，这些强增暖会使得中东太平洋气候态SST超过对流阈值，从而使得雨带东移，且在赤道区域伴随强的信风及上升流的减弱，热带东太平洋地区深对流开始变得活跃。
图2. 太平洋气候态背景场的变化
诊断分析结果表明上述ENSO振幅的减弱主要由温跃层反馈减弱、热力耗散增强所致（图3）。具体而言，温跃层的减弱主要受到中东太平洋赤道上升流减弱及热膨胀系数增加的影响。而热力耗散的增强主要与东太平洋深对流活动紧密相关：当东太平洋背景态SST超过对流阈值时，即使较小的SST增温也会造成强的对流活动异常，进而可通过深对流云的负反馈过程使得ENSO信号快速衰减。
图3.各海气反馈项在20和23世纪末的强度及其变化
综上所述，在高排放情境下，21世纪之后东太平洋区域气候态背景场发生了根本的转变：强增暖使得该地区SST超过了对流阈值，使得该地区深对流活跃，且伴随着强的信风及上升流减弱以及海水热膨胀系数增加。这些要素的转变使得温跃层反馈减弱，热力衰减效应增强，最终使得ENSO的振幅显著减弱（图4）。
图4. 强增暖减弱ENSO振幅的机制示意图
这项研究得到了美国国家科学基金会项目的支持。
相关论文信息：
Peng, Q., Xie, SP. & Deser, C. Collapsed upwelling projected to weaken ENSO under sustained warming beyond the twenty-first century. Nat. Clim. Chang. (2024). https://doi.org/10.1038/s41558-024-02061-8
