太平洋海溫可預測？科學家研究沃克環流

 IPO位相轉變影響太平洋沃克環流強度變化的機制示意圖。（研究團隊供圖）

11月11日，中國科學院大氣物理研究所聯合德國馬普氣象研究所發表于《自然—通訊》的研究工作表明，太平洋年代際振蕩（IPO）位相的轉變是1980年以來太平洋沃克環流增強的主要原因，其貢獻要大于人為輻射強迫的作用。

太平洋沃克環流是熱帶太平洋最重要的大氣環流系統，是在熱帶太平洋海表溫度東西向梯度驅動下產生的閉合的熱帶緯向環流圈，其變化能夠對熱帶及熱帶外的氣候異常產生顯著影響。

例如，在全球尺度上，太平洋沃克環流能夠通過海氣相互作用影響氣候系統的能量收支；在區域尺度上，其強度的變化能夠調節南亞季風區、海洋大陸和亞馬遜等地區的局地水循環。盡管氣候模式預估伴隨全球增暖，長期來看未來沃克環流將減弱，但是觀測資料卻表明，自1980年來太平洋沃克環流呈增強趨勢，原因存在較大爭議。

針對1980年以來太平洋沃克環流增強的原因問題，中國科學院大氣物理研究所研究員周天軍研究團隊聯合德國馬普氣象研究所學者，基于多套氣候系統模式大樣本集合模擬試驗結果，首次定量估算了外強迫和內部變率在近期太平洋沃克環流增強中的相對貢獻。

結果指出，IPO是決定1980年以來太平洋沃克環流增強的主要內部變率因子。IPO是指太平洋海表溫度年代際尺度上20-30年準周期的振蕩現象，其正位相特征是熱帶太平洋中東部海溫偏暖，熱帶暖異常沿美洲西海岸分別向兩半球延伸至溫帶北太平洋和南太平洋，同時，中緯度北太平洋和南太平洋的海溫偏冷；負位相的海表溫度距平則反號。

IPO位相的轉換通過改變熱帶太平洋海溫東西向梯度的變化，最終影響太平洋沃克環流的強度。當IPO位相由正轉負時，熱帶太平洋海溫東西梯度增大，太平洋沃克環流增強，反之則減弱。

研究指出，在1980-2015年間，IPO位相由正轉負，解釋了該時段內太平洋沃克環流增強幅度的大約63%。基于IPO和太平洋沃克環流的關系，他們通過挑選與觀測中IPO位相變化一致的集合成員，進一步嘗試預估了未來36年太平洋沃克環流的變化。結果表明，IPO對太平洋沃克環流的主導作用能夠持續到未來30多年，伴隨著IPO正位相的恢復，太平洋沃克環流將減弱。太平洋沃克環流的減弱，將引起南亞季風區和海洋大陸地區降水的減少，以及亞馬遜西北部地區的變干。

“有效分離外強迫和內部變率的影響，有助于我們清晰地理解太平洋沃克環流的變化機制并進行未來變化預估，但是受限于模式集合成員的數量，以往國際上多為定性研究。超過100個的多模式大樣本集合模擬試驗為我們提供了足夠的獨立的樣本，這是支撐本文科學發現的數據基礎。”該文第一作者、中國科學院大氣物理研究所博士生巫明娜說。

該文通訊作者周天軍強調，IPO作為海洋年代際的振蕩信號，其持續時間較長，若我們能夠準確把握未來幾十年的IPO的位相轉換，則預估的太平洋沃克環流信度將會顯著提高。IPO的預測問題，是目前世界氣候研究計劃WCRP關注的重點科學問題，國際上為此發起了“年代際預測試驗”（DCPP）等國際計劃；世界氣象組織（WMO）也在推動在全球建立若干年代際氣候預測數據制作中心、嘗試滾動發布未來2-5年乃至更長時間的氣候展望預測結果。

“這一新興方向因具有實際的決策應用需求，故國際上發展很快，我國科學界應該給與充分重視。”周天軍說。

該研究工作受國家自然科學基金，王寬誠教育基金和國家重點研發計劃共同資助。