本文是由Tong Zhang、Haiming Xu、Jing Ma和Jiechun Deng等作者共同撰写的研究论文，发表于2023年10月的《Weather and Climate Extremes》期刊上。该研究的主要机构为南京信息工程大学的气象灾害教育部重点实验室（KLME）、气候与环境变化国际联合实验室（ILCEC）以及气候与环境变化研究中心（CIC-FEMD）。研究的主要目标是探讨西北太平洋（Northwest Pacific, NWP）夏季海洋热浪（Marine Heatwaves, MHWs）的可预测性，并基于南京信息工程大学耦合气候预测系统1.0版本（NUIST-CFS1.0）的历史回算数据，分析了1984年至2020年期间的海洋热浪特征及其与厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）的关系。

研究背景

海洋热浪（MHWs）是指海表温度（Sea Surface Temperature, SST）异常升高的现象，通常定义为SST超过其长期平均值的90%并持续至少5天。西北太平洋是全球受海洋热浪影响最严重的区域之一，尤其是在全球变暖的背景下，海洋热浪的频率和强度显著增加。这些事件对海洋生态系统造成了严重威胁，包括改变初级生产力、引发有害藻类繁殖、导致物种栖息地迁移、增加渔业灾害等。因此，研究海洋热浪的形成机制及其可预测性具有重要的科学和应用价值。

研究方法

研究使用了NUIST-CFS1.0系统的历史回算数据，该系统的大气部分采用了欧洲中心汉堡大气模型（ECHAM4），海洋部分采用了OPA8.2模型。研究通过定义海洋热浪事件、计算海洋热浪指数（如热浪天数HWD、热浪次数HWN和热浪强度HWI），并评估了模型对西北太平洋夏季海洋热浪的预测能力。研究还通过经验正交函数（EOF）分析、时间序列相关分析等方法，探讨了海洋热浪的年际变化及其与ENSO的关系。

研究结果

1. 海洋热浪的时空分布预测能力：NUIST-CFS1.0系统能够提前8个月预测西北太平洋夏季海洋热浪的总天数（HWD）的空间分布，且能够提前9个月预测其线性趋势。然而，对于热浪次数（HWN）和热浪强度（HWI）的预测能力相对较弱，分别只能提前3个月和2个月。

2. 年际变化的预测能力：研究显示，西北太平洋夏季海洋热浪的年际变化与ENSO密切相关，尤其是在强厄尔尼诺衰减年，海洋热浪的可预测性显著提高。在厄尔尼诺衰减的夏季，海洋热浪的发生频率增加，且其空间分布可以提前19个月进行预测，预测精度远高于其他年份。

3. ENSO对海洋热浪的影响机制：在厄尔尼诺衰减的夏季，西北太平洋副热带高压（NWPSA）增强，导致到达海表的太阳辐射增加，同时抑制了海表蒸发，进而导致海表温度升高，海洋热浪的发生频率增加。NUIST-CFS1.0系统能够提前13个月预测NWPSA的位置和强度，这为海洋热浪的高预测性提供了重要依据。

研究结论

研究表明，NUIST-CFS1.0系统在预测西北太平洋夏季海洋热浪方面表现出色，尤其是在厄尔尼诺衰减年。海洋热浪的可预测性主要归因于ENSO及其相关的NWPSA异常的高预测能力。研究还指出，海洋热浪的预测能力在不同年份存在显著的年际变化，强厄尔尼诺衰减年的预测窗口更长。

研究亮点

1. 高预测能力：NUIST-CFS1.0系统能够提前8个月预测西北太平洋夏季海洋热浪的空间分布和年际变化，且在厄尔尼诺衰减年的预测能力尤为突出。

2. ENSO的关键作用：研究揭示了ENSO通过影响NWPSA的强度和位置，进而调控海洋热浪的发生频率和强度的物理机制。

3. 创新性方法：研究采用了高分辨率的NUIST-CFS1.0系统，并通过扰动模型物理和初始条件生成多个集合成员，显著提高了预测的准确性。

研究意义

该研究不仅为西北太平洋海洋热浪的预测提供了科学依据，还为全球其他海域的海洋热浪研究提供了参考。研究结果对海洋生态系统的保护、渔业管理以及气候变化适应政策的制定具有重要的应用价值。此外，研究还为进一步探索海洋热浪的长期变化趋势及其与全球气候模式的关系奠定了基础。

未来展望

尽管该研究在海洋热浪的预测方面取得了重要进展，但仍有一些问题需要进一步探讨。例如，未来研究可以延长数据的时间跨度，以分析海洋热浪预测能力的年代际变化。此外，针对具体的海洋热浪事件进行深入研究，将有助于更全面地理解海洋热浪的发生和发展特征及其对生态系统的影响。