近日，我室应俊研究员以第一兼通讯作者在国际期刊《Geophysical Research Letters》上发表了题为《A Dynamical Model of the Tropical Pacific Zonal SST Gradient Change Under Global Warming》的研究论文，合作通讯为日本东京大学Masahiro Watanabe教授。

热带太平洋是地球上最大的热带海域。受地转偏向力影响，其上空的信风将表层暖水源源不断西送，形成了海温常年超过28℃的西太平洋暖池。与此同时，东太平洋海水受到赤道上升流的影响而常年保持低温，呈现出“冷舌”形态。这种“西暖—东冷”的海温格局与其上空的大气Walker环流，以及其下“西深—东浅”的海洋温跃层结构一起组成一套紧密耦合的海气系统，并在被称为“Bjerknes反馈”的海洋—大气耦合正反馈作用下得以长期维持。然而，海温的纬向梯度并不是一成不变。比如，在某些年份（1982年、1997年和2015年）的东西太平洋海温纬向梯度明显减弱，并伴随着大气Walker环流和海洋温跃层东西倾斜度的减弱；而另一些年份（1988年、2008年和2021年）的纬向海温梯度则增强。近30年来，关于这一年际时间尺度下的厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）现象的研究取得了长足进步。然而，在人类活动导致的全球气候变暖日益加剧的背景下，热带太平洋海气耦合系统如何响应这种更长时间尺度的外强迫，仍然是个未解之谜。而热带太平洋海温纬向梯度的变化是其中最基本也是最亟待解决的问题。

从过去数十年的观测资料来看，热带太平洋海温纬向梯度呈现出增强的趋势。但由于历史时期的外强迫较弱，这种增强的趋势是源自对全球变暖的响应还是受内部变率的调控仍存有争议。且最新的研究表明，历史时期的海温梯度增强更多反映了其对全球变暖的瞬态响应而非稳态响应；从参与近两次耦合模式比较计划（CMIP5和CMIP6）的气候模式来看，绝大部分模式预估本世纪末的增暖背景下海温纬向梯度减弱。然而这些模式均不完美，其对当前气候平均态的模拟存有各种误差，如冷舌海温偏低、ENSO模拟失真等。虽然气候模式的性能在过去的40年持续提高，但这些模式误差依然存在，因此，单纯利用气候模式的预估结果而缺乏对其中关键物理机制的深入分析，并不能提高模式预估结果的说服力，也无法有效提高我们预估热带太平洋气候变化的能力。

为解决“模式无法较好模拟当前气候而导致其预估的未来热带太平洋海温变化存疑”这一问题，作者构建了一个描述热带太平洋海温纬向梯度响应全球变暖的动力理论模型。在该理论模型中，作者以大气热力学、海洋动力冷却、海气耦合Bjerknes正反馈以及辐射强迫导致的全球变暖为基本框架，将东西太平洋差异化的气候态蒸发冷却效应、太平洋Walker环流减弱、海洋恒温器效应以及海洋次表层增暖等调控热带太平洋海温纬向梯度的关键物理机制通过方程进行了合理地表达（图1），并将气候态下的东太平洋冷舌海温和ENSO振幅通过参数约束至观测值，从而使其在复现当前气候的前提下呈现对全球变暖的响应。

图1.描述热带太平洋海温响应全球变暖的动力框架

理论模型的结果表明，当选取合适的参数来表达关键机制后，热带太平洋海温纬向梯度能够复刻出如绝大部分复杂气候模式中所呈现的减弱情形（图2），且各种关键机制的作用也跟气候模式中的表达一样，比如海洋恒温器导致纬向梯度增强，Walker环流减弱和气候态蒸发冷却导致海温纬向梯度减弱等。这表明了其可以作为一个模拟器用来描述全球变暖下热带太平洋气候变化的能力。

图2. 动力模型中不同机制控制的海温纬向梯度对辐射强迫的敏感性

作为国内外首个描述全球变暖框架下热带太平洋海温变化的理论模型，该模型存在诸多应用前景。比如，可以利用该模型探讨模式预估多样性的来源；也可进一步利用其研究全球变暖下ENSO振幅的变化。此外，该模型同样存在诸多改良空间。比如，如何在不失其简洁性的前提下，加入跨洋盆影响、云—辐射反馈等重要的物理机制，是今后工作的重点内容。

论文引用：1. Ying, J., and M. Watanabe, 2026: A Dynamical Model of the Tropical Pacific Zonal SST Gradient Change Under Global Warming, 53(7), e2025GL120397.