How tropical instability waves impact the equatorial Pacific interannual SST variability and heat budget in 2024

赤道太平洋蕴含着一种决定全球天气模式的秘密节奏。这一系统的核心在于被称为“冷舌”的一段冷水，它通常位于赤道附近。当这些水域变得异常温暖时，会引发厄尔尼诺现象，给某些地区带来强降雨，给另一些地区带来干旱。当水温异常降低时，则会触发拉尼娜现象，通常会产生相反的效果。科学家们早已知晓，在这两种状态之间的转换并不总是平滑的。有时，海洋似乎会犹豫，在经历了一段暖期后，拒绝按预期降温。多年来，研究人员一直在观察冷舌，试图理解是什么样的无形力量在将它推回温暖状态，从而延迟了下一个冷相位的到来。

2024年，南京信息工程大学的一个科学家团队将注意力转向了这个循环中一个特定的、令人困惑的时刻。在经历了2023年和2024年初强烈的厄尔尼诺事件后，世界曾预期太平洋将在2024年晚些时候转入拉尼娜阶段。然而，降温过程却停滞了。东太平洋的水温比预期的要高，预期的寒潮并未完全到来。研究人员想要探究原因。他们怀疑答案在于海洋本身混沌、翻腾的运动中，特别是热带不稳定性波（tropical instability waves）的行为。这些是沿着冷舌边缘形成的巨大旋涡，它们向西移动并混合海水。虽然这些波浪此前已被研究过，但它们在阻碍2024年拉尼娜现象中的具体作用仍不明确。

为了解开这个谜团，该团队构建了一个详细的赤道太平洋数字模型。他们不仅仅是在观察海洋，而是创建了两个并行的版本进行运行。在第一个版本中，模型被允许自然地表现，让那些翻腾的波浪形成并与水温相互作用。在第二个版本中，他们使用了一个数学滤波器来平滑水流，有效地消除了这些波浪，同时保持其他所有因素完全相同。通过对比这两个模拟过程，他们可以分离出波浪的精确影响。如果带有波浪的版本比不带波浪的版本更温暖，那么波浪就是导致温暖的原因。

结果令人震惊。模型显示，在2024年夏季，热带不稳定性波异常活跃，远比该时期的平均水平活跃。在允许波浪存在的模拟中，冷舌保持了显著更高的温度。而在移除波浪的模拟中，水温下降得更为剧烈，达到了足以预示清晰拉尼娜现象的温度。研究人员发现，这些波浪的存在使降温效果减少了近一半。具体而言，在关键的Niño3区域，这些波浪削弱了冷异常值49%。这表明这些波浪起到了强大的制动作用，阻止了海洋在厄尔尼诺之后如常降温。

为了理解这些波浪是如何使水温升高的，科学家们分解了海洋表层的水热收支。他们观察了热量是从哪里来，又是往哪里去的。他们发现，主要的驱动力并非来自太阳或海洋上方的空气，而是来自水的运动本身。这些波浪创造了一种大规模的南北向暖水流，将其推向赤道。这种由翻腾波浪驱动的海水水平运动，以每月0.81摄氏度的速率为冷舌增加了热量。为了直观理解，这一增温效应几乎是海洋从太阳和大气接收到的热量总和的三倍。这些波浪本质上是在向冷区泵入暖水的速度，比大气冷却它的速度更快。

研究还表明，这种增温并非均匀的覆盖，而是一个特定的、集中的热带带状区域。波浪在赤道以北和以南的区域增温效果最为显著，创造了一个使冷舌与周围海水温差缩小的区域。这种过程被称为平流（advection），即通过移动的海流进行热量的物理输送。研究人员发现，波浪的旋流运动几乎是这种增温的主要来源，而稳定的背景电流所起的作用微乎其微。通常将冷水从深处带上来的垂直水流运动，在此特定背景下被发现是微不足道的，这进一步凸显了水平翻腾才是主导力量。

这些发现为为什么2024年的拉尼娜现象未能如期实现提供了清晰的解释。2024年夏季剧烈活动的热带不稳定性波充当了一个动态屏障，不断地为冷舌补充暖水。这一机制与其他已知因素（如风场模式）相辅相成，共同创造了一个海洋拒绝降温的局面。这项研究证实，这些波浪不仅仅是表面的微小涟漪，更是能够改变重大天气事件时机和强度的强大气候变化媒介。通过量化这些波浪移动了多少热量，该研究为预测未来的气候转变提供了一个新的拼图碎片，表明海洋内部的翻腾有时可以凌驾于大气的信号之上。

这项工作也强调了当前气候模型的局限性。许多标准模型使用的分辨率过于粗糙，无法清晰观测到这些波浪，这意味着它们可能会完全忽略这种关键的增温效应。研究人员使用了一个能够捕捉到这些波浪的高分辨率模型，从而观察到了热量输送的真实规模。如果没有这种细节水平，对2024年的预测很可能会偏离目标，因为它们会假设一个降温趋势，而海洋自身的动力学过程正在积极对抗这一趋势。这表明，为了准确预报厄尔尼诺和拉尼娜的未来，科学家必须考虑这些中尺度波，它们虽然运作在比宏观气候模式更小的尺度上，却能对最终结果产生巨大的影响。

最终，这篇论文描绘了一个动态的、自我调节的海洋系统图景，其中水的翻腾起着决定性的作用。2024年的事件并非打破规则的异常现象，而是展示了海洋内部机制如何介入并延迟季节性转变。热带不稳定性波——这些在广泛的气候讨论中常被忽视的因素——证明了自己是保持赤道太平洋温暖的关键因素，有效地阻挡了拉尼娜的冷水。这一见解改变了科学家看待气候相位转换的方式，强调了海洋不仅仅是大气变化的被动接受者，更是能够从内部重塑气候景观的主动参与者。