厄尔尼诺伴随的海洋热量收支研究获进展

来源：中科院之声

厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）是气候系统中最主要的年际尺度变率。它虽然起源自热带太平洋，但对全球天气系统有极大的影响。厄尔尼诺伴随着大气、海表和地表升温（“发烧”），厄尔尼诺发生之后全球地表温度达到峰值。然而，平均深度约4000米的海洋到底是和大气或者海表一样“发烧”还是会“退烧”呢？

这个关键科学问题在学界一直存在争议。例如，著名的海洋Argo浮标之父Dean Roemmich于2011年在GRL发表论文指出：在厄尔尼诺时，海表变暖，但海洋失去热量，即“海洋退烧”。2016年，著名物理海洋学家G. Johnson在同一个杂志发表了另一篇论文表示：在厄尔尼诺时，海洋吸收了更多热量，即海洋会“海洋发烧”。争议产生的原因是传统的次表层观测数据质量不足，同时海气界面热通量直接观测数据误差很大。

中国科学院大气物理研究所副研究员成里京、研究员朱江近期于Journal of Climate 发表了题为Evolution of Ocean Heat Content Related to ENSO 的论文，对上述争议进行了系统性解答。论文合作者包括美国NCAR的K.E.Trenberth和J.Fasullo，欧洲中心Michael Mayer和Magdalena Balmaseda。

为了理解ENSO伴随的全球和局地海洋热量收支，该研究使用了多套独立的观测、再分析和模拟数据。例如大气所构建的海洋次表层温度格点观测数据（IAP数据），目前最优的海洋再分析数据之一（ORAS5）、气候模式数据（CESM集合模拟数据LENS）、基于间接方法的海表通量观测数据（Q）。多数据、独立数据的共同使用和联合分析突出了各个数据的长处，极大地增加了结论的可靠性。

研究发现，全球海洋在厄尔尼诺发生时和发生后会失去热量，使得海洋“退烧”。而全球海洋的散热伴随着不同海盆中复杂的热量变化和交换。研究也进一步从全球到局地，探讨了不同区域的海洋能量变化，例如：径向平均、纬向平均、不同深度平均、不同海盆热量变化。最终该研究大致厘清了厄尔尼诺时主要的热量变化过程（示意图）。

在海洋内部，厄尔尼诺导致包括热带太平洋和印度洋东西方向相反的热量异常，包括赤道和赤道外的热交换，也包括近表层（上层100米）和次表层（100米以下）的相反的热量变化。海洋同时也和大气进行大量的热量交换，在热带太平洋，海洋能量被抽取到大气中，使得海洋降温，引起了中东太平洋的降水增加。降水伴随着水从气态凝结成液态，在大气中释放热量，这些能量激发大气环流的异常并传播到全球，调整了全球天气系统（即“大气桥”或“遥相关”）。但在东印度洋、西太平洋和大西洋，天气较为晴朗少雨，海洋会更多地吸收热量使得这些地方的海洋变暖。热带外的情况更为复杂，但平均而言，除南太平洋以外，南北纬30度以外的海洋热量变化都比较小。

在这些复杂的能量交换中，太平洋整体释放热量最大，印度洋和大西洋变暖也并没有完全弥补太平洋的能量释放，因此最终导致全球海洋是散热的（“海洋退烧”）。

需要指出的是，由于观测数据限制，该研究只关注于平均情况下ENSO导致的海洋热收支。对ENSO的非对称性、ENSO的不同形态下的热量变化，还有待于数据进一步积累才能得到解答。另外，南北纬30度以外的海域，由于ENSO的信号相互抵消使得净热量变化较弱，加上其余气候系统变率和观测、模式误差的共同影响，其净热量变化依然误差较大，有待于更多分析。

厄尔尼诺时低纬度海洋热量变化和海洋热量收支示意图（红色为海洋增暖、热含量增加；蓝色为变冷，热含量降低）。绿色箭头为厄尔尼诺伴随的热量转移。