早始新世温暖期更强且更持久的厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）：解开远古气候密码，洞察未来气候走向

研究人员为解决气候模型对未来太平洋海表温度（SST）变化预测不一致的问题，开展早始新世气候最适宜期（EECO）厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）的研究。结果显示 EECO 时期 ENSO 的海温变率更强、周期更长。这为理解过去和未来气候提供依据。

　　在神秘的地球气候变迁长河中，厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）一直是气候研究领域的焦点明星。它可不是一个简单的角色，这个自然气候周期，如同一只无形却有力的大手，以 3 - 8 年为周期，操控着热带太平洋中部和东部的海表温度（SST），时而升温（厄尔尼诺），时而降温（拉尼娜），进而在全球范围内掀起气候波动的浪潮。它所引发的气候变化，从降雨分布的改变，到风暴活动的异常，再到生态系统的动荡，无一不在影响着地球万物的生存与发展。

随着全球温室气体排放的不断增加，全球气候持续变暖，ENSO 未来将如何演变成为科学界亟待解开的谜题。然而，目前的气候模型在预测未来太平洋海表温度变化方面却表现得不尽如人意，不同模型之间存在较大差异，这使得科学家们在预测 ENSO 未来行为及其全球影响时困难重重。就好比在迷雾中摸索前行，难以看清前方的道路。为了冲破这层迷雾，研究人员将目光投向了遥远的过去，尤其是早始新世气候最适宜期（EECO，56 - 48 百万年前）。这一时期是新生代最温暖的时期之一，大气 CO₂浓度高达 1400 ± 470 ppmv，全球平均温度比现在高出 9 - 15℃ ，而且当时的海洋和陆地格局与现今大不相同，为研究 ENSO 在温暖气候条件下的变化提供了独特的自然实验场景。

来自多个国家科研机构的研究人员共同开展了这项意义重大的研究。他们利用多个深度时间气候模拟模型，对 EECO 时期的 ENSO 进行了深入探究。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们了解过去气候的奥秘打开了一扇新的窗户，也为预测未来气候的变化提供了宝贵的线索。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们借助 DeepMIP - Eocene 模型集合，在标准化的大气 CO₂浓度和其他边界条件下进行模拟实验。这些模型基于古地理、植被和河流路径等重建数据，为研究提供了接近真实情况的模拟环境。同时，他们选取了六个具有代表性的气候模型，采用多模型集合平均（MMM）的方法，有效减少了单个模型的偏差，提高了模拟结果的可靠性。此外，研究人员还利用 GFDL 模型进行敏感性实验，通过改变热带海洋盆地的宽度，来探究其对 ENSO 特征的影响。在数据处理和分析方面，他们将模型模拟数据与观测数据集进行对比，运用多种分析方法，如计算海表温度异常（SSTA）的标准差、自相关函数，以及应用 Recharge Oscillator 模型等，深入剖析 ENSO 的变化特征和驱动机制。

研究结果主要围绕以下几个方面展开：

• ENSO 的强度和周期性：通过对比不同模型模拟的 ENSO 相关的海表温度异常标准差，研究发现 EECO 时期的 ENSO 强度明显增强，海表温度异常标准差在 1xCO₂实验中相较于 piControl 增加了约 1.5 倍。同时，ENSO 的周期性也发生了显著变化，频率向低频方向移动，周期延长至大于 5 年，这一变化在多个模型的模拟结果中均得到体现。进一步分析表明，SSTA 增长率（a₁₁）在 1xCO₂实验中对海表温度异常标准差变化的贡献最大，约占 60% ，当结合噪声强迫时，贡献率可增加至约 90%。
• 海洋 - 大气反馈：在 EECO 时期，海洋 - 大气之间的正反馈机制，即 Bjerknes 反馈得到增强。具体表现为东太平洋海表温度异常对西太平洋表面风的影响、西太平洋表面风对温跃层异常的作用以及温跃层异常对局部海表温度异常的调整这三个关键环节均得到强化。同时，负反馈机制，即热阻尼反馈也有所增强，温暖的海表温度增加了蒸发和云量，通过调节表面热通量来稳定 ENSO。这种正负反馈的相互作用在维持 EECO 时期强烈的 ENSO 变率中起到了关键作用。
• 热带海盆间气候相互作用：EECO 时期，热带海洋盆地之间的相互作用明显增强。通过分析印度洋和太平洋、太平洋和大西洋之间海表温度异常的交叉相关性发现，与现今相比，EECO 时期印度洋和太平洋之间的跨盆地关系更强，正相关性更显著且超前时间更短；太平洋和大西洋之间的相互作用也得到加强，更广泛的海洋盆地使得两个盆地之间的变化更加同步，这进一步放大了 ENSO 的变率。
• 相互连接的热带海洋盆地的作用：研究人员通过 GFDL 模型的 “land block” 敏感性实验，验证了 EECO 时期更广阔的热带海洋盆地对 ENSO 的重要影响。实验结果显示，当将太平洋恢复到现今宽度时，海表温度异常标准差显著降低，ENSO 的周期性也缩短至接近 piControl 的水平。这表明更广阔的海洋盆地有利于维持 ENSO 的长周期和高强度，其通过影响海洋 - 大气反馈、海洋波浪传播以及海盆间相互作用等多个方面，显著改变了 ENSO 的行为。

研究结论和讨论部分指出，EECO 时期的 ENSO 与现今相比，具有更长的周期和更大的振幅，这主要是由于更广阔的热带海洋盆地促进了更强的海洋 - 大气反馈，以及更紧密的热带海盆间相互作用。同时，大气 CO₂浓度的升高虽然导致了全球平均温度的升高，但在一定程度上抵消了构造变化对 ENSO 变率的增强作用。这一研究对于理解古气候重建以及平衡温暖气候下的 ENSO 动力学具有重要意义。此外，研究还发现，EECO 时期类似的热带海洋盆地扩张可能在更早的新生代时期也存在，这意味着古近纪（66 - 23.03 Ma）的 ENSO 活动可能同样比现今更为强烈和持久。然而，目前对于一些因素，如轨道强迫、温暖极地对古近纪 ENSO 的作用等，仍有待进一步研究。未来，研究人员将在 DeepMIP - Eocene 模型模拟的下一阶段，继续探索 ENSO 的遥相关、热带太平洋的热量收支以及 ENSO 变率对单个构造变化的敏感性等问题，以期更深入地理解在持续温暖条件下 ENSO 的动力学机制。

总的来说，这项研究通过对 EECO 时期 ENSO 的深入探究，揭示了热带海洋盆地几何形状和大气 CO₂浓度在塑造 ENSO 变率中的重要作用，为我们理解过去气候的演变提供了新的视角，也为预测未来全球变暖背景下的气候趋势提供了关键依据，如同在气候研究的拼图中找到了重要的一块，让我们对地球气候的未来走向有了更清晰的认识。