近日，我所海洋环境科学与数值模拟重点实验室（MASNUM）联合热带海洋环境国家重点实验室（LTO），在厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）季节锁相的精准模拟方面有了突破性进展。基于自主气候模式FIO-ESM，以及其他参与第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的气候模式，我所科研人员发现考虑海表温度（SST）日变化振幅可以显著提升对ENSO季节锁相的模拟能力，揭示了SST日变化振幅对ENSO季节锁相模拟的关键贡献。相关研究成果“Key to ENSO phase-locking simulation: effects of sea surface temperature diurnal amplitude”发表在国际地学著名学术期刊《npj Climate and Atmospheric Science》上（https://doi.org/10.1038/s41612-023-00483-3）。

ENSO是全球海气耦合系统中最显著的年际变化信号，对全球的生态系统、农业和极端天气事件均有着重大影响。ENSO一般开始于北半球的春季和夏季，在冬季（11月至次年1月）达到顶峰，随后在次年的春季开始衰减，这被称为ENSO季节锁相（图1a，b）。气候模式作为ENSO以及气候系统研究与预测预估的核心工具，对ENSO的合理模拟与预测长期存在很大偏差，其中ENSO季节锁相的准确模拟一直是气候模式的重大挑战，直接限制了ENSO的预报预测能力。

图1 ENSO最强相位月份柱状图。观测数据中（a）El Ni?o和（b）La Ni?a最强相位月份出现的概率。（c，d）和（a，b）类似，是CMIP6较强和较弱SST日变化振幅的模式结果对比。（e，f）和（c，d）一致，是FIO-ESM v2.0模式结果的对比。P为最强相位出现在北方冬季时的总概率。

日变化过程是SST的最主要物理过程变化之一，它是由白天和黑夜太阳短波辐射所引起的日周期性变化。目前在参加CMIP6的模式中，有约40%的气候模式能够模拟出较强的SST日变化振幅，而其它60%的模式海洋上层垂向分辨率较粗，仅能模拟出很弱的SST日变化振幅。通过对比35个CMIP6模式的结果，我所科研人员发现模式在模拟的SST日变化振幅较弱时，其ENSO最强相位出现在冬季的概率相比观测要低得多，而在模拟出较强日变化振幅后，最强相位出现在冬季的概率显著提高（图1c，d），与观测结果更为接近。

FIO-ESM v2.0是我所自主发展的第二代耦合海浪的气候模式，在ENSO季节锁相、周期、振幅等多个关键指标的模拟能力居世界领先。特别是，通过嵌套自主发展的SST日变化次网格参数化方案（Yang et al., 2017），在未提升海洋模式上层垂向分辨率的情况下，也能模拟出相对较强且更为准确的SST日变化振幅（Bao et al., 2020）。通过与未嵌套日变化方案的模式结果对比，发现在模拟出较强（更接近实际）的SST日变化振幅后，对ENSO季节锁相的模拟能力得到显著提高（图1e，f），单模式甚至超过了CMIP6多模式平均结果。

通过CMIP6多模式分析和自主气候模式FIO-ESM v2.0的数值敏感实验发现，SST日变化振幅通过调制Ni?o 3.4区SST异常值（SSTA）的变化趋势，进而对ENSO季节锁相的模拟产生影响（示意图见图2）。模式中能够模拟出振幅相对较强、更为准确的SST日变化信号时，SST日变化振幅在不同季节存在空间分布不均一性（Yang et al., 2022），进而会引起ENSO不同阶段的SSTA、赤道纬向风异常（Zonal wind anomaly，简称ZWA）等发生变化，并进一步引起纬向平流输运（Zonal advective feedback，简称ZA）、经向平流输运（Meridional advective feedback，简称MA）以及平均水平动力加热项（Mean horizontal dynamical heating term，简称MH）的变化，有利于ENSO的季节锁相。

本研究揭示了SST日变化这一快变过程对年际信号ENSO的季节锁相模拟影响的主要机制，加深了对日变化与年际变化相互作用的科学认知。同时也为气候模式的发展提供了针对性建议，有助于推动国际气候模式的发展和改进。

我所杨晓丹博士为相关论文第一编辑。该研究得到了国家重点研发计划、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

Yang, X., Bao, Y., Song, Z. et al. Key to ENSO phase-locking simulation: effects of sea surface temperature diurnal amplitude. npj Clim Atmos Sci, 6, 159 (2023). https://doi.org/10.1038/s41612-023-00483-3

图2 SST日变化振幅影响ENSO季节锁相示意图