基于复杂网络的两类厄尔尼诺事件对区域气候的影响研究

Recently years, with the increase of central Pacific El Niño (CP El Niño) events, this type of El Niño has a greater influence on global and regional climate. Since Plenty of research has indicated that there are significant differences between eastern Pacific El Niño (EP El Niño) and CP El Niño, evaluation and comparison on the influences of two types of El Niño events on regional climate become the hotspots of the current El Niño research. Tropical Pacific (TP) and east Asia (EA) are ones of the most affected areas. First, since TP is the origin of two types of El Niño events, which the climate changes caused by two types will be transported to other places in the world from TP, it is helpful to predict the influences on other places if evaluate the influences of two types on TP correctly. Secondly, since EA especially China will be affected by two types of El Niño events after TP is affected, research on the propagation path of influences of two types on EA climate is in favor of improving climate forecast in EA area. In this project, by constructing complex network in climate and taking advantages of complex network as a tool, for two types of El Niño events, we will evaluate their influences on TP, study the propagation path of their influences on EA and compare their differences.

近年来，随着中部型厄尔尼诺事件的增加，它对全球及局地气候的影响也日益加深。大量研究已经表明，中部型与东部型厄尔尼诺事件对气候的影响存在显著差异，评估和比较两类事件对区域气候的影响是当前厄尔尼诺研究领域的热点问题，而热带太平洋和东亚地区则是受影响最深的地区之一。首先，热带太平洋地区是两类厄尔尼诺事件的发源地，两类事件导致的气候变化经由该地区传播到世界其他地区，准确评估两类事件对该地区的气候影响有助于预测它们对世界其他地区的影响。其次，当热带太平洋地区受到两类厄尔尼诺事件的影响后，东亚地区尤其是我国也将受到波及，研究两类事件对东亚气候影响的传播路径有利于提高该区域内气候预报的水平。本项目拟通过构建气候中的复杂网络，利用复杂网络的工具优势，评估两类事件对热带太平洋地区的气候影响，研究两类事件影响东亚气候的传播路径，并比较它们之间的差异。

厄尔尼诺对于全球气候具有显著影响，往往会造成极端天气气候，是众多气象灾害的重要诱因。其实，中部型与东部型厄尔尼诺的气候影响存在显著差异，研究两类厄尔尼诺对全球及区域气候的影响，不仅是当前厄尔尼诺领域前沿科学问题，也对极端天气气候及相关气象灾害的预报预防具有重要意义。同时，由于传统统计学方法无法刻画气候对厄尔尼诺的非线性响应过程，因此本项目采用复杂网络方法研究了两类厄尔尼诺的气候影响。. 本项目主要研究了两个方面的内容：第一，两类厄尔尼诺事件对热带太平洋地区气候影响的差异。研究两类厄尔尼诺对热带太平洋地区的表面气温的影响以及全球降水对两类厄尔尼诺的响应，判断和评估两类厄尔尼诺事件的影响强弱；第二，东亚夏季降水与两类厄尔尼诺的关联。研究厄尔尼诺对北太平洋年代际涛动（PDO）的触发机制，建立厄尔尼诺—PDO—东亚夏季降水年代际变化三者之间的联系。. 面向研究内容，本项目取得了以下重要结果：第一，提出了一种基于复杂网络相变理论的新指标，用来判断和评估厄尔尼诺的影响强弱。结果表明，表面气温网络对于两类厄尔尼诺的具有不同的相变响应，且具有非线性特征，东部型厄尔尼诺可以引起系统突然相变，而中部型厄尔尼诺则无法引起相变。该指标可以有效区分两类厄尔尼的影响强弱，实时监测厄尔尼诺的影响强度；第二，提出了一种基于复杂网络的前兆信号检测技术，用于预测PDO年代际相位转折，并建立厄尔尼诺—PDO—东亚夏季降水年代际变化的三者联系。通过复杂网络方法分析厄尔尼诺与PDO之间的关系，结果发现，厄尔尼诺对PDO的年代际相位转折具有触发作用，并从海温网络中检测到PDO年代际相位转折的前兆信号，由此实现了对PDO年代际相位转折约6.5年的提前预警，提高了PDO的预测技巧，以及东亚夏季降水年代际变化的潜在预报能力。. 本项目的科学意义在于，通过引入复杂网络方法，重新构建了两类厄尔尼诺与区域气候的相互作用关系，指出了气候对厄尔尼诺影响的非线性响应过程，为解决两类厄尔尼诺对区域气候的影响提供了新思路，并对区域气候的预测提供了新路径。