探索从热带到高纬的全球气候多尺度耦合过程

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原创  胡爱学  OLAR海陆气研究  2025年07月23日

01 Introduction / 导 读 /

地球气候系统由多个在不同时间和空间尺度上相互作用的物理和动力过程构成，造就了复杂多样的气候变率与变化格局。热带年际变率以厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）为主导，印度洋偶极子（IOD）和大西洋尼诺等其他热带模态在多个时间尺度上也与ENSO相互作用。这些热带模态不仅对中高纬气候产生重要影响，也受其反馈调节。大西洋年代际变率（AMV）是北大西洋地区主要的长期海表温度模态，而大西洋经向翻转环流（AMOC）作为关键的全球海洋环流系统，可能深刻影响AMV及各热带模态。本文将综述热带海洋盆地之间以及热带与中高纬之间的相互作用，旨在深化对全球气候系统中多尺度耦合过程的理解。

02 Main Text  / 正 文 /

随着观测资料在时间和空间上的延伸和加密，研究发现，许多已知的气候相关关系在年代际乃至多年代际尺度上发生演变。一些模态的空间结构和频谱特征亦随之改变，显著增加了对其行为及其气候影响的预测难度。这些变化既可能源于温室气体排放等人为强迫，也可能反映了长时间尺度气候模态对短时间尺度模态的调控作用。

ENSO的多样性不仅体现在其空间结构的差异——如东太平洋型和中太平洋型，还表现为时间演变特征的不同，例如短时（1年）与持续多年的El Niño或La Niña事件。这些多样化特征导致赤道大西洋、印度洋以及中高纬地区对ENSO产生不同的响应。随着全球气候变暖，赤道大西洋和印度洋对ENSO的反馈也日益增强，从而加剧了热带海盆之间的双向耦合。

AMV的空间结构主要受大气–海洋耦合作用控制，其内部变率可能由AMOC的动力过程驱动，而外部变率则可能受到气溶胶等外强迫影响。不同AMV位相为热带海盆间的相互作用提供了不同的背景状态。AMOC的显著增强或减弱会改变南北半球温度梯度，进而影响赤道辐合带、Walker环流及Hadley环流的位置和强度，也将反馈调节ENSO及热带海盆之间的联系。同时，印度洋的变暖与ENSO也可能通过大气遥相关和海洋环流机制在不同时间尺度上影响AMOC，进一步调节AMV。

03 Perspectives  / 总结与展望 /

本文系统回顾了热带气候变率及其与中高纬气候系统之间的相互作用，包括ENSO的多样性及其变化、ENSO与热带大西洋和印度洋之间的双向影响、AMOC的演变及其对AMV和热带模态的反馈机制等。

我们指出了当前研究中的几个关键科学问题，包括：AMOC引起的Walker与Hadley环流变化如何影响热带海盆的相互作用？AMOC减弱与温室气体升高导致的热带响应是否一致？观测到的年代际变化是由外部强迫驱动，还是源于低频内部变率？此外，机器学习和人工智能方法为探索热带–中高纬之间的潜在双向耦合机制提供了新契机，有望推动对全球气候系统复杂性的理解。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0096

文章标题：
Complexity of the Global Climate Dynamics: Interactions among ENSO, AMOC, and tropical basins

文章作者：
Aixue Hu, Ingo Richter, Yuko Okumura, Natalie Burls, Noel Keenlyside, Rhys Parfitt, Katinka Bellomo, Alessio Bellucci, Riccardo Farneti, Alexey Fedorov, et al.

文章引用：
Aixue Hu, Ingo Richter, Yuko Okumura, Natalie Burls, Noel Keenlyside, Rhys Parfitt, Katinka Bellomo, Alessio Bellucci, Riccardo Farneti, Alexey Fedorov, et al. Complexity of the Global Climate Dynamics: Interactions among ENSO, AMOC, and tropical basins. Ocean-Land-Atmos Res. 0: DOI: 10.34133/olar.0096