ENSO研究的进展综述

厄尔尼诺研究的进展综述

吴玥

摘要：厄尔尼诺由于它对全球大气和海洋影响显著，一直以来都受到国内外科学家的关注，文章在参阅国内为科学研究成果的基础上，通过阐述研究发展史，生产机理，讨论对全球气候的影响，并介绍几种国际认可的最新研究方式。最后是提出现在研究中还存在的问题和对今后研究的展望。

关键词：厄尔尼诺，新型厄尔尼诺，气候影响

随着ENSO的发生全球大气和海洋都会出现一系列的异常现象。由于他的不严格周期性和对环境的强大印象，使得人们开始关注他。

经过多年的不断研究，各国科学家从不同领域对其进行研究，现在已经取得了较大的进展。2015年又是一下次极强的厄尔尼诺，这次厄尔尼诺又使得厄尔尼诺成为科学研究的热点。

1 ENSO基本概念

厄尔尼诺一词源自西班牙文El Niño，原意是指“小男孩”，也称为圣婴用来表示在南美洲秘鲁和厄瓜多尔沿岸海水因为出现上升流，所以常年温度较低称为冷舌。这是由于受东南季风影响赤道表面东风应力把表层暖水向西太平洋输送，在西太平洋堆积，从而使那里的海平面上升，海水温度升高。而东太平洋在离岸风的作用下，表层海水产生离岸漂流，造成这里持续的海水质量辐散，海平面降低，下层冷海水上涌，导致这里海面温度的降低。当东南信风异常减弱时，赤道东太平洋海水上翻异常减弱，降水异常偏少；而赤道西太平洋海水温度偏高现象减弱，降水区域异向东移动。

2 形成原因

目前学术界还没有给厄尔尼诺的形成原因一个定论。但目前存在两个假设原因。

(1)由于海-气相互作用过程的平衡受到破坏所导致。1969年Bjerkness首次发现赤道东太平洋海面温度异常与南方涛动变化关系密切。李崇银通过分析发现，厄尔尼诺和拉尼娜现象发生前的冬半年(10-4月)，欧洲中纬度地区的环流指数和

我国东部地区的气温存在着显著的差异【1】

(2)海底火山活动引起海温变化所产生厄尔尼诺。刘厚赞、刘梦玉[4]和李若纯[5]等研究认为。在赤道东太平洋海底存在着许多火山和热液喷泉，从海底喷出的热液温度高达300～4130℃(最高达750℃)。海底火山和热液喷发后，使这一地区的海水温度骤然升高，引起其上空空气增暖，气压下降，从而影响了正常的大气环流规律。使这一地区低层东风减弱，西风增。

3 新型厄尔尼诺

随着观测手段的进步，2009年9月的《自然》杂志的发表一项研究成功指出以确定一种新型厄尔尼诺现象的变种称为“El Niño Modoki”。这一新型厄尔尼诺会使太平洋中部近赤道的广大海域变暖，一般的古典型厄尔尼诺是使东太平洋的海水异常变暖。在国内也有研究人员称新型厄尔尼诺现象为中型厄尔尼诺。

4 对全球的影响

4.1对气候的影响

厄尔尼诺发生会对全球气候造成很大影响。早在20世纪初Bjerkness就提出厄尔尼诺会影响大气环流结构。造成沃克环流异常，原有在西太平洋印度尼西亚和澳大利亚北部的降水减少。东太平洋秘鲁等地区降水增多。

从国内来看，对ENSO与大气物理学研究较为系统全面的当数中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)，该实验室主要从事地球流体(大气和海洋)宏观演变规律和机理的系统理论研究．从20世纪80年代开始，LASG就开始了大气环流模式(AGCM)、海洋环流模式(OGCM)和海气耦合模式(CGCM)的系统研究，并在国际上最早提出东亚冬季风与ENSO的相互作用理论，该理论认为，大气季节内振荡的年际异常强迫在海一气耦合系统中产生ENSO型不稳定模是激发厄尔尼诺的一种重要机制．俞永强等(2007)对比了“灵活的全球耦合气候系统模式”(FGCM)的初始版本FGCM一0和升级版本FGCM 一1．0的积分结果，发现改进后的FGCM一1．0不仅能模拟出与观测结果一致的赤道替流(EUC)和北赤道逆流(NECC)的强度和范围，而且模拟出的ENSO平均周期从两年增加到了三年，在厄尔尼诺期间合成的海表温度(SST)距平空间分布也更接近观测值…．从大气物理学来看，ENSO事件是一个复杂的非线性系统，李晓静(2oos)通过运用重Mawhin合度拓展理论探讨了厄尔尼诺大气物理机理振荡的周期解求解问题，首先求解出一般非线性方程的∞周期解，然后将该周期解J ．一运用于一个典型的厄尔尼诺海气模型=AT一—B (t一6)中，最终得到该模型

的周期解u ．厄尔尼诺因每两年至七年的发生周期被认为是迄今为止年际气候变化最强的信号，中国气象局国家气候中心首席专家任福民(1998)从全新的视角将小波分析中的小波变换运用于厄尔尼诺的“时一频特征”分析，研究表明，几乎所有周期振荡都为正位相时容易出现极强度厄尔尼诺事件¨引．海洋大气科学对ENSO的研究已经形成多种模式，按照监测过程的复杂度，可分为：简单、中等复杂和朱海彬：近年来对厄尔尼诺的研究进展综述第8期全球海气耦合三种模式．三种模式各有优缺点，简单模式和中等复杂模式采用的是浅水方程的处理手段，虽然有助于理解ENSO的物理过程，但过分依赖于模式的物理过程；全球海气耦合模式在海气系统动力学方面设计精良，在ENSO研究领域成绩斐然，但运行成本较高，普及率低．谢瑞煌(2013)采用了一个中等复杂的且经过改进的Zebiak—Cane(ZC)模式，探讨了ENSO 在两种典型的相对独立模态，即准四年振荡(Quasi—Quadrennial，QQ)模态和准两年振荡(Quasi—Biennial，QB)模态下，热带海洋与大气相互耦合之间的参数敏感性。

4.2对生物学的影响

由于厄尔尼诺发生时东部太平洋海水温度异常会严重影响海洋生物。原有的秘鲁沿岸渔场鱼类受水温影响而鱼类大量死亡，也是的已鱼为食的鸟类大量死亡。

5 厄尔尼诺的新研究方向

对于厄尔尼诺和拉尼娜的成因及其对气候影响的机制和过程研究，国际学术界虽然已取得不少的进展，但离揭示其成因和影响过程的物理机制还相距甚远。黄荣辉认为，从海一气相互作用动力学的角度而言，目前至少还存在以下4个问题：(1)从观测事实来弄清热带超大型云团的结构、特征以及它们对赤道西风爆发的作用从而弄清热带超大型云团在厄尔尼诺一拉尼娜事件中的作用。（2）由海一气耦合的动力模式，从海一气相互作用的不稳定性来揭示厄尔尼诺一拉尼娜循环的动力机制，并且利用数值模式米模拟其循环过程．从而预测厄尔尼诺一拉尼娜事件的产生。(3)不同时间尺度、空间尺度系统的相互作用及对厄尔尼诺一拉尼娜事件产生的作用，即几天的超大型云团、3O～50天周期的低频振荡、准两年周期振荡的相互作用对厄尔尼诺一拉尼娜事件产生的作用。(4)热带西太平洋海一气相互作用对厄尔尼诺一拉尼娜事件产生的作用。厄尔尼诺和拉尼娜是人类共同的敌人光靠一个国家、一个地区的力量是远远不够的。因为环境问题不只是一个国家所关心的问题，它不应只是局限于一