新研究揭示冬季南海海溫模擬偏冷的偏差來源

　　近日，中國科學院南海海洋研究所研究員徐康團隊與合作者，在第六次耦合模式比較計劃（CMIP6）氣候模式對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）影響下南海海表溫度（SST）變化的模擬偏差及其動力機制研究方面取得新進展。相關成果發表于國際期刊 《氣候雜志》（Journal of Climate）。

　　南海是連接熱帶太平洋與印度洋的重要邊緣海，其海溫變化不僅受到區域海氣相互作用的影響，也對ENSO等大尺度氣候模態具有顯著響應。觀測表明，南海SST異常對ENSO的響應存在顯著的季節演變特征，呈現典型的“雙峰”型增暖結構：第一次增暖出現在El Ni?o成熟期冬季，主要與熱帶太平洋異常Walker環流及其引起的南海上空大氣環流變化有關；第二次增暖則出現于次年夏季，主要受到印度洋“電容器效應”及其誘發的西北太平洋反氣旋影響。

太平洋氣候態冷舌偏差導致ENSO冬季南海SST冷偏差的機制示意圖。研究團隊供圖

　　論文第一作者、中國科學院南海海洋研究所博士研究生張茜婭介紹，已有研究對觀測中這兩個增暖階段的物理機制開展了較為系統的分析與診斷，但氣候模式能否準確再現南海SST對ENSO的季節性響應，以及不同模式之間為何存在顯著差異，仍缺乏深入認識。

　　基于CMIP6中24個模式的歷史模擬數據，研究團隊在國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目資助下，系統評估了ENSO影響下南海SST的季節演變特征。結果表明，盡管大多數CMIP6模式能夠較好地模擬ENSO次年夏季南海的第二次增暖，但普遍低估了ENSO冬季南海第一次增暖的幅度。進一步分析發現，冬季南海增暖偏弱的直接原因，是模式對前期秋季南海SST增暖過程的模擬不足，而這一偏差又可追溯至熱帶太平洋“冷舌”偏差，即模式模擬的熱帶中-東太平洋氣候態SST系統性偏低。

　　熱帶太平洋“冷舌”偏差改變了赤道太平洋的氣候態緯向SST梯度和相應的大氣海洋環流場，并通過與ENSO相關的異常風場和SST梯度相互作用，增強了赤道中東太平洋暖水的緯向平流過程。兩個緯向平流過程相互協同，使暖水在赤道西太平洋堆積，并促使ENSO相關的暖SST異常向西擴展。由此產生的赤道西太平洋暖海溫異常進一步通過Gill響應影響其西北側的大氣環流，在西北太平洋-南海區域形成低層氣旋性環流偏差，導致模式模擬的南海反氣旋位置明顯偏西。

　　南海反氣旋位置偏西進一步改變了局地秋季的海氣熱量交換過程。一方面，氣旋性環流偏差伴隨上升運動增強，使云量增加、到達海面的短波輻射減少，從而削弱太陽輻射對海表的加熱作用；另一方面，異常氣旋式環流增強Ekman抽吸和垂向混合，使混合層下方的冷水向上輸送；同時，異常風場與氣候態東北季風疊加，增強海表風速和潛熱通量損失。短波輻射減弱、垂向混合增強和潛熱損失增加三個過程共同抑制了南海秋季熱量積累，最終導致CMIP6模式在ENSO冬季模擬出明顯的南海SST冷偏差。

　　該研究從氣候態海溫模擬偏差這一視角出發，揭示了CMIP6模式中ENSO冬季南海海溫模擬偏冷的重要來源，建立了從熱帶太平洋氣候態“冷舌”偏差到南海局地海溫模擬偏差的完整動力聯系，即太平洋氣候態冷舌偏差增強赤道暖水向西輸運和ENSO暖SST異常西伸，進而導致南海反氣旋位置偏西，并通過改變南海秋季海氣熱量收支抑制海溫增暖，最終形成冬季SST冷偏差。

　　該研究表明，CMIP6模式對ENSO-南海遙相關的模擬能力不僅取決于ENSO本身的模擬，還受到熱帶太平洋氣候態海溫及赤道海洋環流模擬偏差的顯著影響。因此，改進熱帶太平洋，尤其是中東太平洋氣候態SST及相關緯向平流反饋過程的模擬，是降低ENSO-南海遙相關偏差、提高南海區域氣候預測和未來氣候預估可信度的重要途徑。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-25-0508.1