现有CMIP6气候模式模拟显示，在高排放情景下，ENSO的振幅并非随全球变暖呈单调增强，而是20世纪中期较弱，21世纪后期增强，22世纪后又再次减弱。这种非单调响应的物理机制长期未被阐明，尤其是海洋层结变化在其中的作用一直缺乏量化表征。

研究团队利用自主发展的中间型耦合模式（ICM）开展诊断分析。该模式能够将热带太平洋平均海洋状态明确分解为三个关键影响路径：（1）上层海洋层结（通过对上层海洋层结进行垂向模态分解而量化为风应力投影系数；pₙ，n为垂向斜压模模数）；（2）表层流场和海温场；（3）温跃层结构。基于8个CMIP6模式（8CMM）在三个典型时期（P1：1940–1990、P2：2040–2090、P3：2240–2290）的平均气候态场，在ICM中分别设置了不同平均态影响路径，从而系统分离并量化了各影响路径对ENSO振幅的独立贡献与协同效应。

图1 ICM组成架构。其中与热带太平洋平均气候态相关的三条影响路径显式地表征在ICM中；三个时间段的海洋平均态分别从8个CMIP6模拟中计算处理得到并分别在ICM中给定，以评估ENSO对平均态改变的响应。

主要发现如下：

（1）海洋层结主导ENSO振幅的演变：试验表明，层结变化是驱动ENSO振幅从P1时段（弱）向P2时段（强）转变的主导因素。当仅将P2时期的层结替换至P1背景态时，ENSO振幅显著增强；而替换表层场或温跃层组分则起阻尼作用。将三个时期的8CMM海洋气候场分别指定给ICM进行50年自由积分，ICM成功再现了ENSO振幅先增强再减弱的变化（图2）。

（2）模态间能量再分配揭示P3时期振幅衰减机理：从P2时期到P3时期，尽管层结持续增强，但ENSO振幅不增反降。这是因为第一斜压模态（p₁）的振幅在P3时期系统减弱，而第二斜压模态（p₂）在西太平洋持续增强、东太平洋减弱，呈现偶极型变化。这意味着风应力强迫的输入能量从表层（p₁主导）向温跃层（p₂主导）的输送发生了再分配。由于p₁和p₂振幅的反向变化导致其对上层海洋响应的贡献部分抵消；当表层场和温跃层影响路径相关的阻尼效应变为占据主导时，最终导致ENSO振幅的净减弱。

（3）BJ指数诊断进一步印证了反馈过程重组及影响：热力学收支分析表明，P2时期增强的层结同时强化了纬向平流反馈和温跃层反馈；而P3时期，由于p₁的减弱，表层响应（纬向平流反馈）被抑制，尽管p₂增强，但净效应仍表现为ENSO振幅的下降。

本研究首次将层结效应通过垂向模态参数（pₙ）在简化海气耦合模式中显式表征和量化，破解了CMIP6模拟中ENSO振幅在2100年后持续下降这一看似与层结增强相悖的难题，对于深入认识热带太平洋对温室气体强迫的多尺度响应、改进ENSO长期预估具有重要的科学意义和应用价值。

图2使用三个时期平均态指定的ICM模拟。a-c，不同时期模拟得到的赤道太平洋SST异常演变；d，相应的Niño3.4 SST异常时间序列。

IOCAS ICM简介：

IOCAS ICM为张荣华团队自主研发的中间型海气耦合模式，已被国内外机构广泛应用于ENSO实时预测和机制分析，每月为国际气象组织等提供气候预测支持（详见IRI网站：https://iri.columbia.edu/our-expertise/climate/forecasts/enso/current/）。IOCAS ICM在2015年是唯一参与国际ENSO实时预测的中国模式，推动了我国成为国际ENSO预测领域的重要成员。相关成果入选2016年度《National Science Review》亮点成果、被《Science Bulletin》亮点点评、获中国气象学会气象科学技术进步成果奖一等奖等。

发表论文：

Zhang, R.-H., Chen, M., Gao, C. et al. Upper-ocean stratification changes control ENSO amplitude shift under sustained global warming.Nat Commun17, 3126 (2026) (2026).https://doi.org/10.1038/s41467-026-69931-x

其他相关参考文献

张荣华，高川，王宏娜，陶灵江，2021：《中间型海洋-大气耦合模式及其ENSO模拟和预测》，科学出版社: 1-267.（入选中国海洋学会2022年度海洋优秀科技图书入库名单）

Zhang, R.-H. Yongqiang Yu, Zhenya Song etal., 2020: Areview of progress in coupled ocean-atmosphere model developments for ENSO studies in China,J. Oceanology Limnology,38 (4), 930-961

Zhang, R.-H. and Chuan Gao, 2016: The IOCAS intermediate coupled model (IOCAS ICM) and its real-time predictions of the 2015-16 El Niño event,

Science Bulletin，66 (13): 1061-1070

Zhang, R.-H., S. E. Zebiak, R. Kleeman, and N. Keenlyside, 2003: A new intermediate coupled model for El Nino simulation and prediction,Geophys. Res. Lett.,Vol. 30, no. 19, 2012.

作者简介：

第一兼共同通讯作者：张荣华教授，江苏双创团队领军科学家（2023）、国家特聘专家（2015）、山东省泰山学者（2015）。1983年毕业于杭州大学（现浙江大学）气象学专业，1989年在中国科学院大气物理研究所获得博士学位；之后分别在中国科学院大气物理研究所、日本气象厅气象研究所、美国国家海洋资料中心及罗德岛大学及哥伦比亚大学、马里兰大学等工作；2013年全职回国在中国科学院海洋研究所工作；2022年6月调动至南京信息工程大学工作。主要研究方向包括海洋数值模拟和海气相互作用、ENSO和气候预测、地球系统多圈层相互作用、人工智能海洋学等。已发表高水平研究论文250多篇（包括以第一作者在《Nature》发表封面亮点论文）；由科学出版社出版ENSO模拟和预测专著一部。1993年国务院政府特殊津贴专家；1994年获“赵九章优秀中青年科学工作奖”唯一特等奖；1997年获中国科学院自然科学奖一等奖；2021年入选气候变化研究领域全球最具国际影响力的千位科学家名单录；2022年获中国海洋与湖沼十大科技进展奖；多年入选爱思唯尔“中国高被引学者”等榜单；三次获中国科学院优秀导师奖，所培养的博士研究生有三人次荣获中国科学院优秀博士学位论文奖、一人次入选中国博士后创新人才支持计划（“博新计划”）。现任《Journal of Oceanology and Limnology》副主编、《Acta Oceanologica Sinica》（海洋学报英文版）主编助理、《Atmospheric and Oceanic Science Letters》编委、《海洋学报》主编助理等。