近日，南京信息工程大学海洋科学学院张荣华教授团队在海海气相互作用和厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）数值模拟领域取得最新进展，相关文章《Impacts of the Thermocline Feedback Uncertainty on El Niño Simulations in the Tropical Pacific》在物理海洋领域权威期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上在线发表。论文第一作者为2022级硕士研究生李调叶，通讯作者为我院教师张荣华教授，合作作者为青年教师陶灵江博士。

ENSO是气候系统最强的年际气候变化信号，对全球天气气候产生重大影响，目前对其在海气耦合模式中的表征和预测仍存在巨大的挑战和不确定性。其中，温跃层效应（thermocline effect; TE）在厄尔尼诺模拟中起着关键作用，但目前大多数即使是最先进的海洋和海气耦合模式对温跃层反馈的合理表征仍存在着系统性偏差，这在很大程度上影响了ENSO模拟和预测的性能。

本研究基于一个中间型海气耦合模式（ICM）和条件非线性最优扰动方法（CNOP），从最优化角度探讨了对厄尔尼诺模拟影响最大的TE相关参数的最优扰动（OTEP）。研究发现，厄尔尼诺模拟对赤道东太平洋海域TE的不确定性高度敏感。由于东部海域TE的不确定性很容易影响与Bjerknes反馈相关的温跃层效应和大气环流的强度，进而导致OTEP引起的模拟误差在时空上表现出类厄尔尼诺的增长趋势，而在时间上表现出明显的季节依赖性，OTEP在秋冬季趋于诱发更强的模拟误差。通过敏感性试验进一步验证，发现海气相互作用会进一步放大TE不确定性所引发的海表温度误差的增长。因此，在海气耦合模式中改进赤道东太平洋的TE对于有效改进厄尔尼诺模拟至关重要。

该项工作定量化分析了OTEP对ENSO模拟带来的最大潜在影响，揭示该OTEP影响ENSO时空演变模拟的物理机制。这将弥补现有研究在热带太平洋温跃层不确定性对ENSO演变模拟影响方面的缺口，为ENSO的更准确模拟和预测提供新的理论支持。

该研究得到国家自然科学基金委项目、崂山实验室科技创新项目、南京信息工程大学人才启动经费和江苏双创团队项目等的支持。

引用：Li, T., Tao, L., & Zhang, R.‐H. (2024). Impacts of the thermocline feedback uncertainty on El Niño simulations in the tropical Pacific. Journal of Geophysical Research: Oceans, 129, e2024JC021384.https://doi.org/10.1029/2024JC021384

图1用CNOP方法计算得到的TE相关参数最优扰动（OTEP）空间结构，约束范围为参考态的4%

图2逐月添加OTEP后在当月（红色）和积分到12月（蓝色）诱发的Niño3.4区域平均海表温度异常误差值。例如，在1月添加OTEP于当月产生的模拟误差为左边第一个红色柱图，在1月添加OTEP积分到12月产生的误差为左边第一个蓝色柱图。横轴表示添加OTEP的月份，纵轴表示每月的Niño区海温异常误差值

图3在ICM中添加OTEP后，考虑海气相互作用（蓝色）和不考虑海气相互作用（红色）情况下，Niño3.4区域平均海温异常相对于参考态的时间序列：（a）标准差；（b）平均偏差