你見過在沙漠中捕魚嗎？受上升流影響，秘魯沿岸沙漠遍布，是地球上最為幹旱的地區之一。然而在2023年春季，秘魯、厄瓜多沿岸出現嚴重的洪澇災害，持續的暴雨在沙漠中彙聚出一個巨大的湖泊（圖1，上），周邊經驗豐富的漁民會聞訊趕來，進而上演一出在沙漠中捕魚的奇景（圖1，左下）。受強暴雨的影響，秘魯沿岸地區洪水泛濫（圖1，右下）， 并爆發了秘魯史上最嚴重的登革熱疫情，導緻超過300人死亡。導緻這一切的幕後元兇就是我們今天要介紹的——極端沿岸厄爾尼諾現象。
圖1. 2023年極端沿岸厄爾尼諾事件導緻秘魯沿岸出現罕見的“沙漠湖泊“以及在沙漠中捕魚的奇景，同時在秘魯、厄瓜多等國家引發了強烈的洪澇災害。
傳統意義上，厄爾尼諾被認為是熱帶中東太平洋區域大範圍增溫的現象，當其發生時會對全球氣候系統産生重要影響。然而，最新研究表明，在秘魯、厄瓜多等沿岸地區存在一種特殊的厄爾尼諾——沿岸厄爾尼諾現象。這種厄爾尼諾現象通常僅局限于東南太平洋沿岸地區，在2-4月份出現，且發生時熱帶太平洋其他地區通常處于異常偏冷的狀态（弱拉尼娜）（圖2）。極端沿岸厄爾尼諾發生時，在東南太平洋區域伴随着強烈的局地海氣耦合過程，對沿岸國家的氣候、經濟及生态等産生重要影響。與我們熟知的海盆尺度厄爾尼諾相比，這種沿岸厄爾尼諾在實體機制、時空演化和影響等方面都存在顯著差異。鑒于此類事件在觀測紀錄中出現的次數較少，學術界對其主要實體過程和誘發機制尚存在争議。加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋研究所的彭啟華博士和謝尚平教授等利用大量觀測資料和數值模式試驗對該事件的主要驅動因子及海氣耦合過程進行了深入研究，相關成果近期發表在期刊《Science Advances》上。
圖2. 2023年極端沿岸厄爾尼諾事件對應的SST（填色）， 降水（等值線）和風場（箭頭）異常。
該研究首次發現，強烈的MJO信号與南美陡峭的安第斯山脈間的互相作用是誘發這類極端沿岸厄爾尼諾事件的重要因子。在2023年3月初，MJO在其對應的第8位相出現近50年來最強的信号（圖3，左上）。強的第8位相MJO活動會在赤道東太平洋區域誘發強勁的西風異常，當這些強的西風異常信号遇到陡峭的安第斯山脈後會以開爾文波的形式向極傳播（圖3，右上），進而在秘魯沿岸地區驅動出強的北風異常（圖3，下排）。海洋模式結果表明無論是赤道東太平洋的西風異常還是秘魯沿岸的北風異常都是該極端沿岸厄爾尼諾生成的主要驅動因子。另一方面，這些風場擾動使得東南太平洋出現氣旋式風場異常，因而有利于該地區極為罕見的熱帶低壓系統（如2023年的Yaku）的生成，進而會進一步增強這些風場的異常。
圖3. 2023年極端沿岸厄爾尼諾事件期間的MJO信号及其與安第斯山脈的互相作用。左上：MJO指數。左下：2023年3月8日至10日降水和海表風分布。右下：v10（海表風）與赤道東太平洋區域平均的季節内u10的相關系數（回歸系數）分布。
大氣模式結果表明，當與MJO以及熱帶低壓系統相關的風場異常使得沿岸海溫超過對流門檻值後，會在東南太平洋區域生成深對流，進一步增強跨赤道異常北風的強度，進而在沿岸地區激發沿岸Bjerknes正回報（圖4）。這種正回報對于維持和增強這類極端事件起到了關鍵作用，并為數值模式對該類事件的預報提供了技巧。此外，數值模式的結果還顯示沿岸海溫的增加反過來會增強大氣内部的擾動，特别是有利于熱帶低壓系統的生成，進而會增強東太平洋區域的風場異常（圖4），形成正回報。
圖4. 2023年極端沿岸厄爾尼諾事件期間強的局地海氣耦合過程示意圖。
該研究揭示了2023年極端沿岸厄爾尼諾事件的主要海氣耦合過程和誘發機制，進而有助于加強對該類事件主要特征及形成機理的系統認識，并為該類事件的預報以及防災減災提供重要的科學依據。
相關論文：
Peng, Qihua, Shang-Ping Xie, Gino A. Passalacqua, Ayumu Miyamoto, and Clara Deser. "The 2023 extreme coastal El Niño: Atmospheric and air-sea coupling mechanisms." Science Advances 10, no. 12 (2024): eadk8646.
論文連結：
https://doi.org/10.1126/sciadv.adk8646