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次季节降水骤变（Precipitation whiplashes）影响生态和人类生活，提前预测至关重要。研究人员聚焦 Madden-Julian 振荡（MJO），发现其传播多样性在变暖下改变，快传播事件增多，将提升降水骤变预测能力，对灾害预防意义重大。
在气候变化的大背景下，地球的气候系统正发生着复杂而深刻的变化。次季节降水骤变现象，就像气候舞台上的 “变脸大师”，在短时间内从极度干燥迅速转变为暴雨倾盆，或者反之。这种剧烈的变化对生态系统造成了严重的冲击，许多生物的生存环境被打乱，一些物种甚至面临灭绝的风险；同时，它也给人类的生活带来诸多困扰，影响着农业生产、水资源供应以及基础设施的安全。目前，提前两到六周预测这类事件的发生，成为了全球灾害管理领域亟待攻克的难题。而 Madden-Julian 振荡（MJO），作为次季节可预测性的关键来源，其未来在人为变暖环境下会如何变化，以及这种变化对降水骤变预测的影响，成为了科学界关注的焦点。在此背景下，来自香港科技大学、夏威夷大学马诺阿分校、中山大学、南京信息工程大学等多所高校的研究人员开展了相关研究，研究成果发表于《Nature Communications》。
研究人员为深入探究 MJO 在未来气候中的变化，选取了参与第六阶段耦合模式比较计划（CMIP6）的 28 个耦合全球气候模型（CGCMs），在缓解情景（SSP2 - 4.5）和高排放情景（SSP5 - 8.5）下进行研究。他们利用卫星观测的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）插值向外长波辐射（OLR）数据集和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代再分析（ERA5）数据，结合 k - means 聚类等方法，对 MJO 事件进行识别和分类。
研究结果如下：
- CMIP6 模型对历史 MJO 多样性的模拟性能：研究人员评估了 28 个 CMIP6 模型模拟四种 MJO 原型的能力，通过将模型模拟的 MJO 传播模式与观测的基准原型进行匹配，依据归一化均方根误差（RMSE），筛选出 12 个能较好再现历史 MJO 多样性的模型。多模式集合平均（MME）显示，这些模型在对流强度、下沉幅度和范围以及相速度等方面与基准模式较为相似，但仍存在模拟静止和跳跃型 MJO 事件偏多、传播型事件偏少的偏差。
- 高强度快速和跳跃型 MJO 频率增加：利用筛选出的 12 个模型预测未来气候，发现快速传播和跳跃型 MJO 事件数量显著增加。到 21 世纪末（2064 - 2099 年），快速传播的 MJO 事件数量相比历史时期（1979 - 2014 年）平均增加约 40%，跳跃型 MJO 事件增加约 23%，且其传播模式更向东。同时，MJO 对流区域将向东扩展，传播速度加快 17 - 20%，相关降雨率预计显著增加约 38%。
- MJO 多样性变化对全球次季节降水骤变的影响：快速和跳跃型 MJO 事件的增加，会引发全球范围内更频繁的降水骤变。通过对比快速 / 跳跃型与缓慢 / 静止型 MJO 事件相关的降水骤变发生频率，研究发现，在高排放情景下，未来降水骤变风险大幅增加，非洲中部、中东、中亚、东亚等地区成为热点区域。这主要是因为快速和跳跃型 MJO 事件与更强的向极传播罗斯比波列相关，全球变暖会进一步放大这种差异。
- 人为变暖下 MJO 加速的物理成因：MJO 在人为变暖下加速的原因一直是未解之谜。研究表明，大气强迫方面，温室气体（GHG）变暖加速了湿重力（或开尔文）波速度，加深了开尔文 - 罗斯比波包结构的偏度，使 MJO 的罗斯比 - 开尔文（R - K）比降低，增强了开尔文波对 MJO 东向传播的推动作用。海洋强迫方面，类似厄尔尼诺的海表面温度（SST）变暖，使热带平均 SST 上升，促进了快速传播的 MJO 事件发生，同时增强了中低层大气的湿静力能（MSE），加深了开尔文 - 罗斯比波对的不对称性，共同推动了 MJO 的东向加速。
研究结论和讨论部分指出，未来 MJO 传播多样性在人为变暖下发生显著变化，快速传播和跳跃型 MJO 事件增加，这虽然会加剧全球降水骤变风险，但快速传播的 MJO 事件更具可预测性，有望推动当前预测极限接近现代次季节到季节（S2S）预测系统的最大可预测范围，为灾害防范提供更多决策时间。然而，目前 CMIP6 模型在模拟 MJO 传播多样性方面仍存在不足，未来需改进模型物理机制，准确模拟 MJO 多样性及其演变模式，以提升预测能力。此外，不同理论对 MJO 传播速度的解释存在差异，未来研究应进一步协调现有理论，深入理解 MJO 多样性和动力学的未来变化。这项研究为理解气候变化下 MJO 的变化及其对降水骤变的影响提供了重要依据，对提升次季节预测能力、制定灾害防范策略具有重要意义。
