科研进展

NG: 全球变暖下ENSO对气候系统的影响显著增强

  4月15日,中科院大气所联合日本东京大学、美国斯克利普斯海洋研究所组成的国际团队在《Nature Geoscience》上发表题为“Intensification of El Nino-induced atmospheric anomalies under greenhouse warming”的研究论文。该论文提出了一个新的ENSO变化约束机制,并且揭示全球变暖下ENSO的气候影响会显著增强。

  ENSO是发生在赤道中东太平洋3到7年周期的冷暖振荡现象,对全球气候和生态环境有显著的影响。如在ENSO暖事件时,拉丁美洲和我国长江流域易出现洪涝灾害,而在澳大利亚、印度尼西亚、南亚次大陆和巴西东北部易遭受干旱。随着全球温室气体排放的增加,气候正在经历变暖。因此,预估全球变暖下ENSO的变化一直是气候学研究的重要目标。
  以往的预估研究主要是基于IPCC的数值模式模拟,但数值模式自身的缺陷给预估带来了很大的不确定性。数值模式物理过程和初始场细微的差异,可能会带截然不同的ENSO预估结果,从而很难在数值模拟中获取可信的ENSO变化信号。能不能基于物理学理论来进行预估呢?
  本研究基于热力学理论提出了一个新的ENSO变化机制。根据克劳修斯水汽方程,大气饱和水汽压是随着温度增加而接近指数增长,导致水汽对温度的响应随着温度增长而增强。因此在全球变暖背景下,同样振幅的ENSO能导致更大的对流层水汽异常,进而造成更大的全球大气环流、气温和降水异常(图一)。非常有意思的是几乎所有的CMIP5和CMIP6数值模式的模拟结果和理论推测一致(图二)。
  这项研究将为全球变暖下ENSO的变化提供一个新的约束理论,减少ENSO预估的不确定。同时该理论清晰的指出全球变暖下ENSO的气候影响将显著增强,表明未来ENSO可能会造成更大的气候灾害。
  论文第一和通讯作者是中科院大气所胡开明副研究员,黄刚研究员为共同通讯作者,合作者包括大气所黄平研究员、日本东京大学Yu Kosaka副教授、和美国斯克利普斯海洋研究所谢尚平教授。
  该研究得到了国家重点研发计划全球变化及应对专项“三大洋相互作用对全球气候变化影响的评估、预测和预估”( 2019YFA0606703)、国家基金委重点项目“全球变暖背景下海洋的快慢响应过程及对东亚区域气候的影响”(41831175)、第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0102)、中国科学院战略性先导科技专项(A类)“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”( XDA20060500)等共同资助。
图一:全球变暖下ENSO影响变化示意图。全球变暖下大气边界层水汽、热带降水、对流层温度和大气环流对ENSO的响应增强。
图二:变暖情景(红色)和当前情景(蓝色)下ENSO导致的热带平均绝对湿度异常(a)以及200hPa高度温度异常(b)的对比。
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