意昂3体育官网物理學院大氣與海洋科學系胡永雲教授團隊使用地球系統模式對2.5億年以來的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）活動開展了系統模擬研究，發現ENSO現象2.5億年以來一直存在🔸👱🏼‍♂️，揭示了ENSO振幅的演變與溫躍層深度和大氣隨機擾動的變化密切相關🏃‍➡️，這一結果為未來氣候態下的ENSO預測和不確定性約束提供了重要的啟示。研究成果以“Persistently active El Niño–Southern Oscillation since the Mesozoic”為題，於2024年10月21日在線發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）。

現代ENSO是熱帶太平洋海氣相互作用的結果，是年際時間尺度最強的氣候模態，對調控全球氣候系統起到重要作用。過去的2.5億年經歷了巨大的氣候變化和海陸分布變化，研究深時冷暖期ENSO活動對預測未來ENSO及其對全球氣候的影響具有重要的借鑒意義。系統的數值模擬研究不僅有助於我們理解ENSO在地質時間尺度上的演變，通過與地質記錄對比和檢驗📷，還可以驗證現有的ENSO理論，包括ENSO與氣候平均態之間的關系，從而更好地約束未來的ENSO預測➞。

團隊使用海氣耦合地球系統模式（CESM1.2.2）針對過去2.5億年開展了系列模擬試驗（每一千萬年一個氣候平衡態試驗）。在2.5億年前，海陸分布為一個潘基亞超大陸和一個泛大洋，全球平均地表溫度（global mean surface temperature🧛🏼‍♀️⛪️，GMST）為25.5°C（圖1A），比工業革命前（pre-industrial，PI）時期高出10多度（圖1C）。在潘吉亞超大陸的裂解後📗，GMST為19.7°C（圖1B，150Ma）。盡管不同地質時期溫度變化巨大，海陸分布存在巨大差異⤴️，但盛行東風下的赤道太平洋“暖池-冷舌”海溫分布和“西深東淺”的溫躍層傾斜結構基本維持不變（圖1A—F，圖2A）。

2.5億年以來，海表溫度年際變率最大值一直位於赤道東太平洋（120°W附近👈🏿😂，圖1G—I👨‍🎤，圖2B），說明2.5億年以來一直存在ENSO活動™️。PI時期的ENSO振幅最弱，為0.6°C，150 Ma最強，為1.3°C（圖1H和I）。在沒有深入分析研究之前🧑‍💻，一個似乎合理的推測是，深時ENSO振幅變化與GMST或赤道洋盆寬度等有關，但實際分析表明，ENSO振幅與GMST、赤道緯向海表溫度梯度以及洋盆的寬度之間並不存在顯著相關性（圖2C、2D）。

圖1 過去2.5億年中3個代表性時期的氣溫、赤道海洋溫躍層和ENSO：250Ma、150Ma和PI。（A—C）全球地表溫度和熱帶洋面風場🧖🏿‍♀️。（D—F）赤道地區海溫垂直剖面，黑實線代表混合層深度🤹🏿，灰斷線代表溫躍層深度，紅斷線表示西太平洋溫躍層深度🧙🏼‍♀️🫱🏿。（G—I）填色為海表溫度的年際變率，等值線為海表高度異常對ENSO指數的回歸。黃色和綠色方框分別代表赤道西太平洋和東太平洋

圖2 過去2.5億年來赤道海表溫度和ENSO演變。（A）填色為赤道地區海表溫度💆‍♂️，等值線為海表緯向風🤔，（B）海表溫度的年際變率⛰，其中赤道東太平洋的東西邊界由黑色三角形標出。（C）ENSO振幅和GMST的演變，黑線為ENSO振幅🦡，紅線為GMST🎲。（D）ENSO振幅和赤道太平洋緯向海表溫度梯度的演變。灰色陰影標出了圖1中的3個時期：250Ma💙、150Ma和PI

根據現代ENSO的充電振子（Recharge Oscillator🤺，RO）理論模型，線性Bjerknes stability index（BJ index）能夠解釋2.5億年以來ENSO振幅變化方差的57%，其中緯向平流正反饋和溫躍層正反饋的貢獻起主導作用。其中，正反饋受赤道西太平洋溫躍層深度的調控，當溫躍層較深時，赤道溫躍層東西傾斜程度對海表風應力的響應減弱，從而使緯向平流正反饋和溫躍層正反饋的強度減弱，導致ENSO振幅減弱，反之亦然。此外，ENSO振幅還受大氣隨機擾動的影響。在大氣隨機擾動較強的時期，ENSO振幅較強，反之亦然。線性增長率和大氣隨機擾動相互獨立，兩者可解釋2.5億年以來ENSO振幅變化的76%。

該研究是在國家自然科學基金基礎科學中心項目“大陸演化與季風系統演變”（42488201）資助下完成的。