熱帶不穩(wěn)定波（Tropical Instability Waves, TIWs）是熱帶太平洋最顯著的中尺度動(dòng)力過程之一，由赤道流系的剪切不穩(wěn)定產(chǎn)生，表現(xiàn)為赤道東太平洋海表流場(chǎng)和海表溫度的月周期、1000km級(jí)擾動(dòng)（圖1a）。TIWs海流擾動(dòng)將赤道區(qū)域上涌的冷海水與赤道外暖海水經(jīng)向攪拌混合，影響赤道區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽分布和熱量收支平衡，進(jìn)而影響海洋生態(tài)環(huán)境和氣候長(zhǎng)期變化。自20世紀(jì)90年代以來，熱帶太平洋經(jīng)歷了類似拉尼娜現(xiàn)象的平均狀態(tài)變化，影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化（如臺(tái)風(fēng)和ENSO等）。然而，由于赤道海流缺乏觀測(cè)，以及衛(wèi)星高度計(jì)數(shù)據(jù)難以計(jì)算赤道海流，TIWs等赤道動(dòng)力過程的長(zhǎng)期演變規(guī)律仍不清楚，這限制了我們對(duì)熱帶太平洋氣候長(zhǎng)期變化的理解與預(yù)估。  

　　為解決衛(wèi)星高度計(jì)診斷赤道海表流場(chǎng)的難題，研究團(tuán)隊(duì)自主提出了衛(wèi)星高度計(jì)診斷非平衡態(tài)海表流場(chǎng)的動(dòng)力方程，考慮了加速度項(xiàng)與壓強(qiáng)梯度力平衡，而不是傳統(tǒng)的地轉(zhuǎn)平衡。利用該方程，我們首次診斷出TIWs近30年的海表流場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)果與錨定浮標(biāo)觀測(cè)十分接近。基于該數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)TIWs在此期間持續(xù)增強(qiáng)，其海流渦動(dòng)能（eddy kinetic energy, EKE）每十年增長(zhǎng)12%（圖1b粗紅線）。同時(shí)利用其他3套獨(dú)立數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證：衛(wèi)星觀測(cè)海表溫度（1982-2021，品紅線）、熱帶海洋錨定浮標(biāo)觀測(cè)的海流數(shù)據(jù)（1980s-2020，黑線）以及1/10 渦分辨率全球大洋環(huán)流模式數(shù)據(jù)（OFES2，1958-2021，藍(lán)線），結(jié)論與衛(wèi)星高度計(jì)診斷結(jié)果一致。  

　　圖1.太平洋熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）現(xiàn)象及其強(qiáng)度長(zhǎng)期變化序列。a.日平均衛(wèi)星海表溫度；b. TIWs強(qiáng)度多年代際序列（紅色：衛(wèi)星高度計(jì)EKE；黑色：錨定浮標(biāo)單點(diǎn)觀測(cè)EKE；品紅：衛(wèi)星海表溫度經(jīng)向梯度的方差；藍(lán)色：OFES2模擬EKE，灰色陰影是模式集合）。細(xì)線：年平均，粗線：9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。  

　　大尺度海洋環(huán)流和海溫風(fēng)場(chǎng)的趨勢(shì)分析表明，TIWs增強(qiáng)的動(dòng)力機(jī)制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對(duì)稱變化。赤道以北增暖更快（圖2a），伴隨跨赤道南風(fēng)增強(qiáng)、赤道海流加速（圖2c），使海流剪切加強(qiáng)、TIWs增強(qiáng)。伴隨TIWs增強(qiáng)，我們發(fā)現(xiàn)TIWs的經(jīng)向攪拌效應(yīng)加強(qiáng)，使冷舌區(qū)的非線性加熱效應(yīng)每十年增加23%，在海洋長(zhǎng)期熱收支平衡中不可忽視，是近期熱帶東太平洋氣候態(tài)變冷的負(fù)反饋項(xiàng)。說明TIWs在響應(yīng)氣候變化的同時(shí)，反饋影響著熱帶太平洋的海溫變化。目前大部分氣候模式由于分辨率較粗（1 1 ）無法分辨TIWs過程，因此無法反映TIWs對(duì)冷舌的非線性加熱效應(yīng)，可能造成一定的模擬偏差（比如赤道冷舌區(qū)的冷偏差），未來氣候模擬和預(yù)估需要考慮TIWs這一反饋?zhàn)饔茫ū热缤ㄟ^參數(shù)化或者提高模式分辨率）。  

　　圖2. 近30年熱帶太平洋海溫、風(fēng)場(chǎng)和海表環(huán)流的變化趨勢(shì)。a. 海表溫度和海面風(fēng)場(chǎng)趨勢(shì)；b. 東太跨赤道海溫不對(duì)稱變化（海表溫度北側(cè)減南側(cè)）；c. 海表高度和海表流場(chǎng)趨勢(shì)；d. 南赤道流（SEC，0 -4 N平均）流速長(zhǎng)期變化。b/d為9年滑動(dòng)平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。  

　　該研究揭示了太平洋TIWs對(duì)歷史氣候變化的顯著響應(yīng)，表明TIWs深度參與并反饋影響氣候變化，這一結(jié)果為研究海洋多尺度動(dòng)力過程響應(yīng)和影響氣候變化提供參考。  

　　該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金(42090042,42106024)、中科院國(guó)際合作項(xiàng)目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究項(xiàng)目（LTOZZ2203）及南海所自主部署項(xiàng)目（SCSIO202201）等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。  

　　相關(guān)論文信息：Wang, M., Xie, SP., Sasaki, H. et al. Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nat. Clim. Chang. (2024). 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x