本文由南京信息工程大学（NUIST）的Jing Ma、Haiming Xu、Changming Dong和Jing-Jia Luo共同撰写，发表于2024年8月的《Advances in Atmospheric Sciences》期刊。该研究利用南京信息工程大学气候预测系统（NUIST-CFS1.0）的集合后报数据，探讨了全球范围内海洋热浪（Marine Heatwaves, MHWs）的预测能力及其在热带海洋的可预测性来源。研究结果表明，NUIST-CFS1.0系统在季节到年际时间尺度上对热带海洋的MHWs具有较高的预测能力，特别是在热带太平洋（TPO）区域，预测能力在1至24个月的提前期内均优于随机预测。此外，研究还揭示了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）在热带印度洋（TIO）、热带大西洋（TAO）和热带西北太平洋（NWP）区域MHWs预测中的关键作用。

研究背景

海洋热浪（MHWs）是指海水温度在数天至数月内显著超过季节性变化的现象，其空间范围可达数千公里。近年来，MHWs的频率和强度显著增加，对海洋生态系统、渔业和社会经济产生了深远影响。MHWs的形成机制复杂，涉及高压系统、海表风、海洋热平流等多种因素。此外，ENSO等气候变率模式也被证明对MHWs的频率、强度和持续时间具有重要影响。可靠的MHWs预测对于海洋政策制定者和利益相关者至关重要，能够帮助预防潜在的生态灾难并减轻不利影响。

研究方法

研究使用了1983年至2020年间的月平均海表温度（SST）数据，数据来源于NOAA的扩展重建海表温度（ERSST）版本5数据集。此外，研究还使用了欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5再分析数据，包括850 hPa风场、净长波辐射通量、净短波辐射通量、潜热通量和感热通量等变量。NUIST-CFS1.0系统的后报数据由9个集合成员组成，覆盖了1983年至2020年间的24个月目标期。

MHWs的定义基于Hobday等人（2016）提出的方法，采用月平均SST数据进行分析。MHWs的预测评估采用了对称极值依赖指数（SEDI）和Brier技能评分（BSS）等指标，以评估预测的准确性。

研究结果

研究结果表明，NUIST-CFS1.0系统在全球范围内对MHWs的预测能力较高，特别是在热带海洋区域。热带太平洋（TPO）的MHWs预测能力在1至24个月的提前期内均优于随机预测，且与ENSO的春季可预测性障碍（SPB）密切相关。热带印度洋（TIO）的预测能力在1至24个月的提前期内也保持较高水平，而热带大西洋（TAO）和热带西北太平洋（NWP）的预测能力则相对较低，且随提前期的增加而下降。

进一步的分析表明，ENSO是TIO和TAO区域春季MHWs以及NWP区域夏季MHWs的关键可预测性来源。ENSO通过影响热带太平洋的海表温度和大气环流异常，间接影响了这些区域的MHWs发生。

结论

该研究证明了NUIST-CFS1.0系统在季节到年际时间尺度上对MHWs的预测能力，特别是在热带海洋区域。ENSO作为MHWs的关键可预测性来源，为MHWs的预测提供了重要的科学依据。研究结果对于提高全球海洋生态系统的适应能力和韧性具有重要意义，特别是在应对日益频繁的MHWs事件方面。

研究亮点

1. NUIST-CFS1.0系统在热带太平洋和印度洋区域的MHWs预测能力在1至24个月的提前期内均优于随机预测。
2. 热带印度洋和大西洋区域的MHWs预测能力在春季较高，而热带西北太平洋区域的预测能力在夏末秋初较高。
3. ENSO是热带印度洋和大西洋区域春季MHWs以及热带西北太平洋区域夏季MHWs的关键可预测性来源。

研究意义

该研究不仅为MHWs的预测提供了科学依据，还为全球海洋生态系统的管理和保护提供了重要参考。未来的研究可以进一步探讨其他大尺度气候模式（如印度洋偶极子和大西洋尼诺）对MHWs预测能力的影响，以提高预测的准确性和可靠性。