古气候背景下ENSO与气候平均态关系研究

The changes of ENSO show large uncertainties in the future climate projections by the coupled General Circulation Models (CGCMs), which is associated with the lacking of understandings of the relationship between ENSO and the mean climatology. Due to the relatively less complex changes in the forcings in paleo-climate simulations, the study will focus on discussing the relationship between ENSO and the mean climatology on the basis of paleo-climate simulations by the latest Paleo-climate Modeling Intercomparison Project (PMIP3) models. By utilizing the ENSO metrics developed by CLIVAR Pacific Panel, the changes in atmospheric and oceanic mean states will be analyzed, together with the changes in ENSO features and feedbacks. The key physical mechanisms for the ENSO changes under different climate backgrounds are expected to be revealed so as to further the understandings of the relationship between ENSO and the mean climatology. The sensitivity experiments will be conducted by the CGCM of FGOALS to verify the validity of this relationship in the future climate, and to provide the physical mechanisms for the ENSO projections.

当前耦合气候系统模式对未来气候背景下ENSO变化的预估还存在较大的不确定性，这主要是由于对ENSO与气候平均态的关系还缺乏足够的认识。由于古气候模拟试验中外强迫场的变化相对比较单一，因此本研究将以古气候模式比较计划（PMIP3）数值模拟试验结果的诊断分析为基础，应用CLIVAR Pacific Panel开发的ENSO度量标准，对古气候模拟试验中大气、海洋气候平均态的变化、ENSO特征及反馈机制的变化进行多模式对比分析，进而揭示不同气候背景下影响ENSO变化的关键物理过程，加深对ENSO与气候平均态关系的认识。并利用耦合气候系统模式FGOALS进行合理的敏感性试验，验证从古气候模拟试验结果分析得出的ENSO与气候平均态的关系在未来气候背景下的适用性，为ENSO预估提供一定的物理依据。

当前耦合气候系统模式对未来气候背景下ENSO变化的预估还存在较大的不确定性，这主要是由于当前对ENSO与气候平均态的关系还存在缺乏足够的认识。由于古气候模拟的外强迫场相对较为单一，这提供了一个很好的研究对象和手段，因此本研究采用古气候模式比较计划（PMIP3）数值模拟试验结果的诊断分析为基础，并利用耦合气候系统模式FGOALS开展古气候模拟补充试验，对多个古气候地质历史时期的大气、海洋气候平均态的变化、ENSO特征及反馈机制的变化进行多模式对比分析，加深对ENSO与气候平均态关系的认识，进而揭示不同气候背景下影响ENSO变化的关键物理过程。经过四年的研究，主要研究成果概括如下：.（1）累积了大量的古气候模拟试验，为古气候研究和热带海气相互作用、年际变率等研究累积了大量的数值模拟试验结果，补充的古气候模拟试验结果提交古气候模拟比较计划公开共享；.（2）基于单模式分析，进一步加深对模式中气候平均态的模拟改进对ENSO模拟性能的影响，基于不同古气候模拟试验，评估了ENSO与气候平均态之间的关系，发现平均温跃层深度的变化对ENSO振幅具有重要的影响；.（3）利用BJ指数细致分析了导致ENSO振幅变化的关键物理过程，基于中全新世时期多模式对比分析，提出气候平均态影响ENSO振幅变化的一个物理过程，即向极的经向流场加强将导致ENSO相关的异常场的经向结构变平，从而减弱温跃层异常对大气风应力异常的响应，并使得BJ指数中的温跃层反馈、纬向平流作用和Ekman反馈减弱，从而抑制了ENSO振幅的发展。.通过本项目的研究，发现了影响ENSO振幅变化的关键物理过程并对其进行物理解释，这不仅加深了对ENSO与气候平均态的关系的认识，也为评估未来气候ENSO预估和为模式偏差和模拟性能改进提供了科学依据。