ISO能直接影響其所在地區(qū)的長期天氣變化和造成短期氣候異常，又能通過改變大氣對流和環(huán)流、激發(fā)大氣波動、與厄爾尼諾等其他時間尺度的氣候模態(tài)相互作用等方式間接影響全球的天氣和氣候。

早上出門，看天氣預報。出差旅行，更要看天氣預報。天氣預報和我們的生活息息相關，但我們往往也發(fā)現(xiàn)，1天之內(nèi)的天氣預報比較準確，時間越往后，預報的結果越容易不準，并且目前的預報時限只能在14天之內(nèi)。

天氣預報時限涉及到大氣的季節(jié)內(nèi)振蕩(ISO)研究。近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室(LTO)研究員杜巖團隊，在熱帶印度洋海洋動力過程影響大氣的ISO方面的研究中取得新進展，相關研究成果發(fā)表在《氣候動力學》上。

今后一旦對ISO研究透徹，天氣預報的時限將可拉長至一兩個月，使我們能夠?qū)磳l(fā)生的極端天氣提前采取應對措施，實現(xiàn)“無縫隙”氣候預測。

ISO同長短期氣候密切相關

“ISO不局限于某一種具體現(xiàn)象，而是描述一類時間尺度的變化。”杜巖團隊成員、博士梁韻說道：“對于一個事物，我們實際得到的觀測數(shù)據(jù)是多種時空尺度變化疊加的結果。不同尺度變化的形成機制不同，因此在研究過程中，為了簡化問題，我們通常將不同尺度的變化分離開來。”

什么是時間尺度呢?梁韻以日變化為例介紹：“每一天的氣溫變化規(guī)律基本是早晚比較冷，中午最熱，這是由地球自轉(zhuǎn)所致的日升日落規(guī)律造成的日變化，也就是我們最常見的‘天’時間尺度。”

“ISO，是一種時間尺度大于一個月但小于一個季度的變化。”梁韻說。由于ISO能直接影響其所在地區(qū)的長期天氣變化和造成短期氣候異常，又能通過改變大氣對流和環(huán)流、激發(fā)大氣波動、與厄爾尼諾等其他時間尺度的氣候模態(tài)相互作用等方式間接影響全球的天氣和氣候，近年來成為氣候變化研究的重要前沿課題之一。

熱帶地區(qū)的ISO尤為活躍，大致可以分為北傳和東傳兩種類型。其中，東傳型最初由馬登(Madden)和朱利安(Julian)兩位科學家發(fā)現(xiàn)，因此也常被稱為馬登-朱利安振蕩(MJO)。“東傳ISO是一種行星尺度的深對流系統(tǒng)，伴隨著氣壓、風場、降水、海溫等多種要素的變化，最初生成于熱帶西印度洋，以每秒5—10米的速度向東傳播，在熱帶東南印度洋被顯著加強，經(jīng)過西太平洋之后強度逐漸減弱，深對流最終消失于日界線附近。” 梁韻指出，該ISO具有較為顯著的季節(jié)特性，在北半球冬季，也就是12月至次年2月最為強盛。

東傳ISO在某些地區(qū)的持續(xù)性活躍往往還會引起一些較為極端的天氣，比如2008年初我國南方雨雪冰凍災害，1998年和2020年夏季長江流域的洪澇，以及2009年冬季和2010年冬季云南的百年大旱等。赤道附近東傳ISO對流和環(huán)流的異常甚至可通過影響海洋蒸發(fā)、流動、波動，進而影響到海洋中一些現(xiàn)象的發(fā)展和演變，甚至影響海洋微生物的生長。

“ISO能影響亞洲季風區(qū)、非洲大陸、太平洋島嶼，甚至北美西海岸等多個區(qū)域的天氣和氣候。”梁韻指出，ISO是連接天氣和氣候的橋梁，理解ISO的發(fā)生發(fā)展是研究天氣及氣候變化的重要環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)“無縫隙”氣候預測的關鍵。

找到東傳ISO冬季最強原因

杜巖團隊即把研究的目光聚集在東傳ISO上。過去的科學研究普遍認為，ISO是一種大氣內(nèi)部模態(tài)，也有一些研究從海洋的角度分析了熱帶西南印度洋ISO的生成。“我們主要從海洋角度分析了海洋動力過程在熱帶東南印度洋對ISO的加強作用。”梁韻說，“因為海洋的變化比大氣緩慢，我們通常說海洋擁有記憶功能。某些情況下，可以通過海洋波動追溯前期大氣變化對海洋產(chǎn)生的影響，這就為我們的預測研究提供了一定的信號。”

在此之前，關于東傳ISO的研究普遍從大氣內(nèi)部的擾動出發(fā)，關注水汽、風場等大氣要素的變化。但杜巖團隊把關注點放在海洋動力過程上，并將研究時間提前到秋季，且在此過程中，海表溫度(SST)被作為重要的媒介，海洋波動通過影響SST進而影響大氣。

基于對觀測數(shù)據(jù)和再分析資料的分析，杜巖團隊發(fā)現(xiàn)熱帶東南印度海洋和大氣在50—80天的ISO信號相關性強，二者均在北半球冬季最活躍并具有東傳特性。梁韻說：“秋季的季風轉(zhuǎn)換能夠?qū)е鲁嗟赖牟▌印Ｎ覀儼l(fā)現(xiàn)，在北半球秋季，印度洋上空的西南季風轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北季風，赤道附近的風場變率較大，風場產(chǎn)生的影響在蘇門答臘沿岸累積，促使了下沉羅斯貝波的生成。”

而下沉羅斯貝波具有西傳特性，且對應著加深的溫躍層和暖的SST異常。下沉羅斯貝波在蘇門答臘沿岸生成后西傳至東經(jīng)90°附近，使得該處SST增暖，進而加強與ISO有關的深對流。此外，由于該波動的生成主要與秋季的季風轉(zhuǎn)換有關，其傳播至東經(jīng)90°需要5—6周，因此對大氣ISO的加強主要發(fā)生在冬季。這一過程也在一定程度上解釋了東傳ISO在冬季最強的原因。

“我們一方面解釋了海洋如何加強大氣中的深對流現(xiàn)象，即海洋波動首先影響海表面溫度，海表面溫度再影響到大氣;另一方面解釋了為什么東傳ISO在冬季是最強的，從而闡釋了它的季節(jié)特性。”梁韻表示。

實現(xiàn)“無縫隙”氣候預測的關鍵

“目前天氣預報的準確預報時間被限制在14天以內(nèi)，對厄爾尼諾—南方濤動等氣候變化模態(tài)的準確預測也存在困難，這正是由于對ISO的研究尚不完善。”梁韻指出，“一旦能夠研究透徹ISO，天氣預報的時限將可拉長至一兩個月，那么對于有可能發(fā)生的極端天氣，我們就能夠提前采取應對措施。”

不同尺度的變化并非獨立存在，而是相互作用、存在著能量傳遞的。梁韻補充道，我們平常說的天氣通常是時間尺度在兩周以內(nèi)的小尺度變化，而氣候是長于一個季度的大尺度變化，ISO的時間尺度則介于二者之間。

值得一提的是，對ISO的透徹研究可提升對于厄爾尼諾現(xiàn)象預測的精確度。厄爾尼諾是指在太平洋中部和東部的熱帶海洋地區(qū)，海水溫度異常持續(xù)變暖，進而影響整個世界氣候的現(xiàn)象。厄爾尼諾現(xiàn)象可對全球氣候產(chǎn)生毀滅性的影響，引發(fā)洪水、導致干旱和農(nóng)作物歉收，并且通過海氣作用的遙相關，對相當遠的地區(qū)，甚至對北半球中高緯度的環(huán)流變化產(chǎn)生一定影響，如使得我國大部分地區(qū)的降水有偏少趨勢。

“厄爾尼諾的預測存在春季預報障礙現(xiàn)象。春季預報障礙跟熱帶西太平洋西風爆發(fā)密切相關，而西風爆發(fā)又和ISO有著極大關系。東傳ISO在冬季是最強的，它到達西太平洋之后，能夠影響該海域次年春季的西風爆發(fā)。目前無法準確預測西風爆發(fā)，是導致厄爾尼諾春季預報障礙的重要原因之一。我們希望能更早地預測厄爾尼諾，從而將與其有關的天氣災害所帶來的損失降到最低。”梁韻解釋道。

什么時候可實現(xiàn)對天氣長達一兩個月的預報和厄爾尼諾的準確預報呢?對此，梁韻表示，“我們的研究主要是從物理現(xiàn)象來討論，從機制上進行解釋，仍需繼續(xù)完善該機制原理，并把它理論化。同時天氣預測也離不開計算機技術的強有力支持。”(葉青 徐曉璐)

關鍵詞： ISO 天氣變化 短期氣候異常 大氣對流 激發(fā)大氣波動