一次距离峰值还有数月的厄尔尼诺现象已经打破了一连串纪录——对于一个通常要到日历年年底才达到最强强度的气候模式来说，这是一个不寻常的位置。《新科学家》报道称，这一事件在预期峰值到来之前就已经在改写纪录册，而两个主要因素解释了它为何变得如此强大。
这一框架值得深入剖析，因为它区分了两个不同的问题。第一个是厄尔尼诺是什么，以及它如何积累能量。第二个是为什么这一次事件提前跑在了时间表前面。答案有重叠，但并不相同。
一个峰值出现较晚的暖相位
厄尔尼诺是厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的暖相位，是热带太平洋与其上方大气之间的一种耦合共舞。在中性条件下，信风沿赤道太平洋自东向西吹，将温暖的表面海水堆积在印度尼西亚和澳大利亚附近的西部，而寒冷、富含营养的海水则沿南美洲海岸上涌。
当这些风减弱时，平衡就被打破。温暖的海水向东扩散，热带降雨最密集的区域随之迁移，大气在整个海盆范围内重新组织——并通过大气波影响到更远的地方。这一模式通常需要数月才能形成，并通常在北半球晚秋或初冬达到顶峰。当前这次事件仍未达到那个峰值，而这正是它提前破纪录如此引人注目的原因：最强阶段可能尚未到来。
厄尔尼诺如何积聚力量
比耶克内斯反馈
每一次厄尔尼诺的核心都是一个以气象学家雅各布·比耶克内斯命名的自我强化循环。减弱的信风使温暖的表面海水向东滑动。更暖的海水驱动更强的对流和更大的降雨。这种对流反过来又以进一步削弱信风的方式重新组织大气环流。每循环一次，异常就会被放大一次。
由于这是正反馈，必须有某种东西来阻止它。在实践中，限制来自赤道带海洋有限的热量供应，以及季节性循环——后者最终会重新占据主导，并开始瓦解这一异常。
西风爆发和开尔文波
厄尔尼诺并不是以平滑、稳定的曲线形成的。它是突进式的。西太平洋上空短暂的西风爆发将温暖的表面海水向东推，并产生下沉的赤道开尔文波——即沿温跃层（较暖的上层水与下方较冷海水之间的边界）向东传播的能量脉冲。
当这些波经过时，它们会加深东太平洋的温跃层。温跃层更深意味着上涌带来的是更暖的水而非冷水，因此通常紧贴南美海岸的冷舌就会减弱。当风爆发在一个季节内反复出现时，它们就会像往火里添燃料一样不断为事件补充能量。
次表层热量：海洋的燃料箱
表面温暖只有在下方储存热量的情况下才能持续。温跃层的深度和赤道太平洋上层暖水的体积充当着一个储库，大致决定了一次事件能够达到多强的上限。追踪这种次表层热量的海洋观测系统和模型，在预测强厄尔尼诺方面通常比只看表面的系统和模型表现更好。
当厄尔尼诺升级时，往往会出现几个要素：
- 信风减弱，有时甚至反向吹
- 反复出现的西风爆发，使海洋进一步失衡
- 赤道开尔文波加深温跃层并抑制冷水上涌
- 一个深厚的次表层热量储库，随时可被表面利用
- 季节内天气活动，如马登-朱利安振荡，能够触发或维持这些风爆发
极端事件背后的两大因素
《新科学家》将这次事件的异常强度归因于两个主要因素。从广义上讲，对任何超强厄尔尼诺的解释都分为两大类。第一类涉及海洋在事件开始时的状态：赤道太平洋积累了多少热量，温跃层有多深，以及此前数月信风的表现如何。
第二类涉及大气的持续性。海洋暖异常需要大气 reinforcement 才能发展成怪兽级事件。如果风爆发、对流和季节内活动一次又一次地协同出现，海洋就会不断收到同一方向的推动。当这两类因素都对齐时——一个热量充足的海洋和一个不断放大而非抑制信号的大气——厄尔尼诺就可能超出即使相当宽松的预报。
同样值得注意的是，强度有多种衡量方式。绝对海表温度和相对于一个移动的、变暖的基线计算出的异常值，可能对同一事件给出不同的排名。在将这次厄尔尼诺与历史上的巨型事件进行比较时，这一细微差别很重要，也是有关纪录的头条新闻应当被仔细阅读的原因之一。
强事件会改变什么
强厄尔尼诺的后果远远超出热带地区。更强的降雨通常向东太平洋和南美洲西海岸转移，提高秘鲁和厄瓜多尔的洪水风险，而印度尼西亚和澳大利亚部分地区则倾向于干旱和更高的火灾危险。温暖的海水会给珊瑚礁造成压力，有时会引发大规模白化。
- 热带降雨的转移重塑农业前景
- 大西洋飓风活动受抑制，同时东太平洋活动增强
- 暴露于持续高温的珊瑚礁发生白化
- 全球平均气温出现暂时上升，通常在峰值后的那一年最为明显
- 对渔业、水电、能源需求和商品价格的连锁影响
预报难题
预报员关注一组特定的信号：次表层海洋热含量、信风的行为、西太平洋上空的云量和对流，以及大型气候模型集合中预测的分布。在年中做出的预报以极其困难著称，这一时期常被称为可预报性障碍，因为耦合系统对微小扰动特别敏感。
一旦这个窗口关闭，信心通常会提高。这意味着随着这次事件接近其季节性峰值，其轨迹应该会变得更加清晰——而由于它已经提前数月创下纪录，最终峰值仍可能超过迄今为止观测到的任何水平。同样，如果起强化作用的风减弱，系统也可能进入平台期。
更大的图景
ENSO 是一种自然振荡，早在工业排放开始改变大气之前，强事件就已经发生过。但如今每一次厄尔尼诺都发生在一个变暖的基线之上，而海洋的背景热含量几十年来一直在上升。一个更暖、能量更充沛的海洋为上述反馈提供了更多燃料，这是一个可能的理由，说明即使极端事件的频率没有显著变化，它们的后果也可能变得更加严重。
将任何一次厄尔尼诺归因于气候变化仍然是一个研究问题，而非已有定论；诚实的立场是，自然变率和长期变暖相互作用。毫无疑问的是监测的价值。水资源管理者、农民、保险公司、电网运营商和灾害机构都围绕 ENSO 预报制定计划，而像这次这样的信号出现得越早，他们准备的时间就越多。
目前，这个故事讲的是一个提前跑热的模式——以及一个科学界正在密切关注未来数月是会证实这一纪录速度还是会使其放缓的故事。
本文基于《新科学家》的报道。阅读原文。
Originally published on newscientist.com
