全球变暖下ENSO强度变化模式预估的不确定性归因及校订

Changes in the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) intensity under global warming have important effects on the climate anomaly in multiple regions of the world, so it has been one of the important issues in the projections of future climate. However, projections of the change in the ENSO intensity from state-of-the-art multi-models suffer from pronounced inter-model difference and uncertainty. Therefore, this project aims to figure out the sources of such inter-model difference from the global Coupled Model Intercomparison Projection Phase 5 (CMIP5) multi-models. Firstly, we establish the relationship between the inter-model difference of changes in the ENSO intensity and that in the present-day climatology, revealing the physical mechanisms behind them. On this basis, the project then further intends to correct the changes in the ENSO intensity estimated by the multi-model ensemble based on observational data and the concept of "observational constraints", thus reducing the systematic biases derived from the projections of changes in ENSO intensity from multi-model ensemble mean. Through the above two aspects of research, we will further provide scientific support and practical value for improving the simulation capability of the models and enhancing the creditability in the model projections of changes in the ENSO intensity.

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）强度在全球变暖下的变化对全球多个区域的气候异常具有重要影响，因此一直是未来气候预估的重要议题之一。然而目前多模式预估的ENSO强度变化存在显著的模式间差异和不确定性。本项目拟对第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中多模式预估全球变暖下ENSO强度变化的不确定性进行归因。项目首先拟将这种不确定性与多模式对当前气候态的模拟差异建立联系，并揭示这一关系背后的物理机制；在此基础上，项目拟进一步以观测资料为基准，采用“观测约束”方法对多模式集合预估的ENSO强度变化进行校订，从而减小多模式集合平均预估ENSO强度变化的系统性偏差。项目拟通过对以上两方面的研究，为改进模式的模拟能力、提高模式预估全球变暖下ENSO强度变化的可信度提供科学支撑和应用价值。

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球上最为显著的年际气候振荡，对包括我国在内的全球天气和气候都有十分重要的影响。在当前全球变暖问题日益突出的背景下，ENSO强度会发生如何变化是气候学和物理海洋学研究的热点。然而，由于目前最先进的海气耦合模式预估ENSO的强度变化存在很大的模式间差异和不确定性，导致了全球变暖下ENSO强度的变化至今仍存在很大的争议。本项目聚焦于对第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中多模式预估的全球变暖下ENSO强度变化的不确定性进行归因。通过对30多个CMIP5模式预估的全球变暖下ENSO振幅变化及模式间差异进行分析，发现赤道东太平洋中大气环流对海表面温度（SST）异常的响应这一Bjernkes反馈过程中极为重要的环节是多模式预估全球变暖下ENSO振幅变化差异的重要来源。研究表明，东太平洋环流对海温异常响应的变化主要影响厄尔尼诺振幅的变化，而对拉尼娜振幅的变化影响不大。此外，本研究进一步给出了环流对海温的异常响应变化影响多模式预估厄尔尼诺振幅差异的两个主要机制：其一，全球变暖下东太平洋更强的气候态SST增暖更有利于东太平洋激发出异常的环流响应，从而更有利于厄尔尼诺振幅的增强；其二，东太平洋背景态环流对海温异常响应偏弱的模式受到气候态降水变化率的调制作用使得在未来全球变暖下环流对海温异常响应增加更多，从而使得厄尔尼诺振幅增强。相比之下，这两者之中后者对多模式预估厄尔尼诺振幅变化差异的影响更多。本研究进一步利用“观测约束”方法对多模式预估未来ENSO的振幅变化进行校订，结果表明，未来全球变暖下ENSO的振幅相比于现阶段而言很可能增强。