2022年2月10日，國際地學領域學術期刊Nature Geoscience（《自然·地球科學》）線上發表了題為“El Niño/Southern Oscillation Inhibited by Submesoscale Ocean Eddies”（《亞中尺度渦旋抑制厄爾尼諾-南方濤動發展》）的最新研究成果。該成果由中國海洋大學深海圈層與地球系統前沿科學中心（以下簡稱“深海前沿中心”）/物理海洋教育部重點實驗室科研博士後王勝鵬為第一作者，“築峰人才工程”第三層次教授荊釗為通訊作者，聯合本單位科研團隊及國內外權威專家合作完成，成果首次揭示了赤道太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發展所起的重要抑制作用，並給出了明確的動力學解釋。
發生於赤道太平洋上的厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）現象，是地球氣候系統在年際尺度上最顯著的訊號，對赤道太平洋乃至全球許多區域的天氣和氣候、農業以及生態系統都會產生重大影響，並進一步引發一系列的社會和經濟問題。傳統的ENSO動力學基於大尺度海氣相互作用理論建立，然而，在此理論之上所發展的低解析度氣候模式對ENSO的模擬和預測存在諸多問題。特別是，其振幅在最新一代（CMIP6）的低解析度氣候模式中總體呈現出較觀測值偏大的趨勢，然而其背後的原因仍不清楚，是一個亟待解決的關鍵科學問題。
圖1 ：（上圖）觀測和（下圖）高解析度地球系統模式模擬的赤道太平洋海表面溫度梯度。
赤道太平洋海域包含著多種尺度的運動，除了早已被熟知的赤道中尺度動力過程（即熱帶不穩定波）、小尺度內波和微尺度湍流，近些年隨著觀測和數值模擬能力的提升，學界發現赤道太平洋上還存在著活躍的亞中尺度動力過程（圖1）。本研究基於中國海洋大學深海前沿中心參與研製的高解析度（海洋10km、大氣25km）地球系統模式模擬結果，首次揭示了赤道太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發展所起的重要抑制作用，並給出了明確的動力學解釋。研究結果表明（圖2）：在厄爾尼諾期間，太平洋“冷舌”邊緣處的鋒面減弱，抑制了鋒生和混合層不穩定過程，從而導致亞中尺度渦旋引起的由次表層向表層輸送的熱量減少，進而阻礙了“冷舌”區域SST的升高；而在拉尼娜期間，則正相反。研究團隊進一步評估了CMIP6計劃中不同解析度氣候模式對ENSO振幅的模擬效能（圖3）。結果表明，隨著海洋模式解析度從100km提升到10km，ENSO振幅呈現出明顯減弱的趨勢，這進一步證實了亞中尺度渦旋對ENSO發展的重要抑制作用。
圖2：熱帶太平洋亞中尺度渦旋對ENSO發展的抑制作用。上圖和下圖分別代表厄爾尼諾和拉尼娜發展期間不同過程對尼諾3.4區域海表溫度變化的貢獻。從左至右依次為海表溫度傾向項，大尺度環流熱輸送，微尺度湍流混合，海氣熱通量，中尺度、亞中尺度渦旋垂向熱輸送以及中尺度、亞中尺度渦旋水平熱輸送。
圖3：（左圖）CMIP6中不同海洋解析度地球系統模式對ENSO振幅的模擬情況；（右圖）四個海洋高解析度（10km）地球系統模式對ENSO振幅的模擬情況。
本項研究工作在國際上首次闡明瞭亞中尺度渦旋對於大尺度氣候模態——ENSO的重要調控作用，對於豐富ENSO理論框架、消除氣候模式對ENSO振幅的模擬偏差具有重要指導意義。同時，該工作也指出了發展高解析度地球系統模式、準確模擬海洋中小尺度動力過程及其氣候效應，是提升對未來海洋和氣候系統變化預測能力的關鍵。
