海洋所在ENSO對(duì)南極海冰可預(yù)測(cè)性影響研究方面取得新進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所李曉峰研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作,在ENSO對(duì)南極海冰可預(yù)測(cè)性影響研究方面取得重要進(jìn)展。利用海洋所研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的深度學(xué)習(xí)模型SIPNet,量化了ENSO不同位相對(duì)南極海冰線性和非線性可預(yù)測(cè)性的跨時(shí)間尺度影響,并揭示了其物理機(jī)制。這一研究成果發(fā)表在npj Climate and Atmospheric Science。
南極海冰范圍在2014年達(dá)到記錄最高值19.76萬(wàn)平方公里后,2015/2016年急劇下降,并在2023年夏季月均海冰范圍降至1.91萬(wàn)平方公里的記錄最低點(diǎn)。這一劇烈變化反映了南極海-冰-氣系統(tǒng)內(nèi)部變率的增強(qiáng)和不穩(wěn)定性的增加,使得準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海冰變得更加重要和緊迫。然而,盡管ENSO作為氣候系統(tǒng)中最顯著的年際變率信號(hào),其對(duì)南極海冰變化的遙相關(guān)已被廣泛研究,但對(duì)海冰可預(yù)測(cè)性的影響仍少有涉及,在一定程度上限制了南極海冰預(yù)測(cè)模型的發(fā)展。
針對(duì)該問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)利用深度學(xué)習(xí)模型SIPNet及其線性版本,分析了El Ni?o和La Ni?a事件在不同超前時(shí)間對(duì)南極各海域海冰線性及非線性可預(yù)測(cè)性的影響。研究發(fā)現(xiàn),ENSO對(duì)南極海冰次季節(jié)可預(yù)測(cè)性具有跨時(shí)間尺度的影響。在超前3周內(nèi),海冰的可預(yù)測(cè)性主要由海冰異常本身的持續(xù)性決定,ENSO影響不顯著。隨著超前時(shí)間的增加,海冰持續(xù)性的貢獻(xiàn)迅速減弱,而ENSO的影響逐漸增強(qiáng),并在超前4周后占據(jù)主導(dǎo)地位,且El Ni?o事件對(duì)海冰可預(yù)測(cè)性的總體影響大于La Ni?a事件。El Ni?o事件主要增強(qiáng)海冰線性可預(yù)測(cè)性,在超前8周時(shí),使阿蒙森-別林斯高晉海、羅斯海和印度洋扇區(qū)的海冰可預(yù)測(cè)性分別提高了25.6%、19.6%和30.4%;La Ni?a事件則主要增強(qiáng)非線性可預(yù)測(cè)性,提高了羅斯海的整體海冰可預(yù)測(cè)性。然而,兩類事件均顯著降低了西太平洋扇區(qū)的海冰可預(yù)測(cè)性。ENSO通過(guò)遙相關(guān)作用對(duì)南極氣候產(chǎn)生影響,生成更大且持續(xù)性更強(qiáng)的海冰異常,為可預(yù)測(cè)性提供額外信息,而SIPNet能夠有效捕捉并表達(dá)這些可預(yù)測(cè)信號(hào)。本研究加深了對(duì)南極海冰可預(yù)測(cè)性的理解,并為海冰預(yù)測(cè)模型的改進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù),對(duì)提升極地氣候預(yù)測(cè)能力具有較好的參考價(jià)值。

不同ENSO位相下南極各海域在不同超前時(shí)間上的可預(yù)測(cè)性
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王云鶴副研究員,通訊作者為李曉峰研究員和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Xiaojun Yuan教授,合作作者包括任沂斌副研究員和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Arnold L. Gordon教授。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目的資助。
論文信息:
Yunhe Wang,?Xiaojun Yuan*,?Yibin Ren,?Xiaofeng Li*,?and Arnold L. Gordon. ENSO's Impact on Linear and Nonlinear Predictability of Antarctic Sea Ice. npj Climate and Atmospheric Science,?2025,?8(1):?77. https://doi.org/10.1038/s41612-025-00962-9
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