中原標準時間2024年7月2日，加州大學聖地亞哥分校謝尚平教授團隊在《自然—氣候變化》雜志（Nature Climate Change）發表題為“Collapsed upwelling projected to weaken ENSO under sustained warming beyond the twenty-first century”的研究論文，系統研究了在21世紀之後強全球變暖使得ENSO振幅減少的關鍵實體機制。
加州大學聖地亞哥分校斯克利普斯海洋研究所彭啟華為論文第一作者，謝尚平教授為通訊作者，美國國家大氣研究中心、美國國家科學院院士Clara Deser研究員為論文共同作者。
厄爾尼諾南方濤動（El Niño-South Oscillation, ENSO）是全球影響年際尺度氣候異常的最強信号，其可通過遙相關的方式對全球天氣、經濟和社會等産生巨大影響。由于受到人為二氧化碳排放的影響，全球持續增暖。目前已有大量文章探讨了21世紀末ENSO振幅的變化，也取得諸多進展。但學術界對于21世紀之後ENSO振幅的變化及其包含的機制卻知之甚少。事實上，ENSO對全球變暖的響應在不同的階段會呈現出較大差異。探讨21世紀之後ENSO的變化及機制對于我們更好地認識全球變暖影響ENSO的實體本質有重要的科學意義，同時也為我們更好地了解21世紀ENSO的變化提供重要參照。
該研究對運作到2300年的氣候模式輸出進行了分析，結果發現在高排放情境下（SSP585/RCP8.5）,16套模式中有15套（約94%）模式顯示ENSO振幅在23世紀末（2241-2290年）相較于20世紀會顯著減小（圖1），這與21世紀末ENSO振幅的變化形成了鮮明的對比。
圖1. 氣候模式中在2241-2290年間ENSO振幅的變化
與之相對應的是熱帶東太平洋氣候态背景場在21世紀之後發生了強烈的轉換。在目前氣候狀态下，東太平洋區域溫躍層擡升，上升流強勁，冷舌充分發展，深對流受到抑制，這為ENSO的發展創造了有利條件。而在21世紀之後，受強二氧化碳強迫的影響，東太平洋區域出現厄爾尼諾型的增暖，這些強增暖會使得中東太平洋氣候态SST超過對流門檻值，進而使得雨帶東移，且在赤道區域伴随強的信風及上升流的減弱，熱帶東太平洋地區深對流開始變得活躍。
圖2. 太平洋氣候态背景場的變化
診斷分析結果表明上述ENSO振幅的減弱主要由溫躍層回報減弱、熱力耗散增強所緻（圖3）。具體而言，溫躍層的減弱主要受到中東太平洋赤道上升流減弱及熱膨脹系數增加的影響。而熱力耗散的增強主要與東太平洋深對流活動緊密相關：當東太平洋背景态SST超過對流門檻值時，即使較小的SST增溫也會造成強的對流活動異常，進而可通過深對流雲的負回報過程使得ENSO信号快速衰減。
圖3.各海氣回報項在20和23世紀末的強度及其變化
綜上所述，在高排放情境下，21世紀之後東太平洋區域氣候态背景場發生了根本的轉變：強增暖使得該地區SST超過了對流門檻值，使得該地區深對流活躍，且伴随着強的信風及上升流減弱以及海水熱膨脹系數增加。這些要素的轉變使得溫躍層回報減弱，熱力衰減效應增強，最終使得ENSO的振幅顯著減弱（圖4）。
圖4. 強增暖減弱ENSO振幅的機制示意圖
這項研究得到了美國國家科學基金會項目的支援。
相關論文資訊：
Peng, Q., Xie, SP. & Deser, C. Collapsed upwelling projected to weaken ENSO under sustained warming beyond the twenty-first century. Nat. Clim. Chang. (2024). https://doi.org/10.1038/s41558-024-02061-8