厄尔尼诺地表发烧，海洋散热

厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）是天气体系中最重要的年际尺度变率。它虽然起源自热带太平洋，但对全球气候体系有极大的影响。厄尔尼诺伴随着大气、海表和地表升温（“发烧”），厄尔尼诺发生之后全球地表温度达到峰值。然而，平均深度约4000米的海洋到底是和大气或者海表一样“发烧”照旧会“退烧”呢？

　　这个关键科学题目在学界一向存在争议。例如，闻名的海洋Argo浮标之父Dean Roemmich于2011年在GRL发表论文指出：在厄尔尼诺时，海表变暖，但海洋失去热量，即 “海洋退烧”。2016年，闻名的物理海洋学家G. Johnson在统一个杂志发表了另一篇论文透露表现：在厄尔尼诺时，海洋吸取了更多热量，即海洋会“海洋发烧”。争议产生的缘故原由是传统的次表层观测数据质量不足，同时海气界面热通量直接观测数据偏差很大。

　　大气所成里京副研究员、朱江研究员近期于《Journal of Climate》发表了题为“Evolution of Ocean Heat Content Related to ENSO”的论文，对上述争议进行了体系性解答。论文合作者包括美国NCAR的K.E.Trenberth和J.Fasullo；欧洲中间Michael Mayer和Magdalena Balmaseda。

　　为了理解ENSO伴随的全球和局地海洋热量收支，该研究使用了多套自力的观测、再分析和模仿数据。例如大气所构建的海洋次表层温度格点观测数据（IAP数据），目前最优的海洋再分析数据之一（ORAS5）、天气模式数据（CESM荟萃模仿数据LENS）、基于间接方法的海表通量观测数据（Q）。多数据、自力数据的共同使用和联合分析凸起了各个数据的甜头，极大的增长了结论的可靠性。

　　研究发现，全球海洋在厄尔尼诺发生时和发生后会失去热量，使得海洋“退烧”。而全球海洋的的散热伴随着不同海盆中复杂的热量转变和交换。研究也进一步从全球到局地，探究了不同区域的海洋能量转变：例如：径向平均、纬向平均、不同深度平均、不同海盆热量转变。最终该研究大致厘清了厄尔尼诺时重要的热量转变过程（示意图）。

　　在海洋内部，厄尔尼诺导致包括热带太平洋和印度洋东西方向相反的热量非常、包括赤道和赤道外的热交换、也包括近表层（上层100米）和次表层（100米以下）的相反的热量转变。海洋同时也和大气进行大量的热量交换，在热带太平洋，海洋能量被抽取到大气中，使得海洋降温，引起了中东太平洋的降水增长。降水伴随着水从气态凝结成液态，在大气中释放热量，这些能量激发大气环流的非常并传播到全球，调整了全球气候体系（即“大气桥”或“遥相干”）。但在东印度洋、西太平洋和大泰西，气候较为晴朗少雨，海洋会更多的吸取热量使得这些地方的海洋变暖。热带外的情况更为复杂，但平均而言，除南太平洋以外，南北纬30度以外的海洋热量转变都比较小。

　　在这些复杂的能量交换中，太平洋团体释放热量最大，印度洋和大泰西变暖也并没有完全填补太平洋的能量释放，因此最终导致全球海洋是散热的（“海洋退烧”）。

　　必要指出的是，因为观测数据限定，该研究只关注于平均情况下ENSO导致的海洋热收支。对ENSO的非对称性、ENSO的不同形态下的热量转变，还有待于数据进一步积累才能得到解答。另外，南北纬30度以外的海疆，因为ENSO的旌旗灯号相互抵消使得净热量转变较弱，加上其余天气体系变率和观测、模式偏差的共同影响，其净热量转变依然偏差较大，有待于更多分析。

图.厄尔尼诺时低纬度海洋热量转变和海洋热量收支示意图（红色为海洋增暖、热含量增长；蓝色为变冷，热含量降低）。绿色箭头为厄尔尼诺伴随的热量转移。

　　论文：

　　Cheng, L., K.E. Trenberth, J.T. Fasullo, M. Mayer, M. Balmaseda, and J. Zhu, 2019: Evolution of Ocean Heat Content Related to ENSO. J. Climate, 32, 3529–3556, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-18-0607.1