厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）研究的戰(zhàn)略部署與研究熱點*

王 琳 張燦影 於維櫻 馮志綱 張曉琨 汪嘉寧**，

（1．中國科學院海洋研究所，青島 266071；2．自然資源部第一海洋研究所，青島 266061）

厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）是熱帶太平洋附近的風與海洋表面溫度的一種周期性不規(guī)則變化，影響著熱帶和亞熱帶的大部分氣候［1］，由厄爾尼諾與南方濤動這兩種存在著密切聯(lián)系的現(xiàn)象組成（在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生后，拉尼娜現(xiàn)象（La Ni?a）有時會緊隨其后，它的作用幾乎與厄爾尼諾相反）。其中，厄爾尼諾現(xiàn)象（El Ni?o）又稱厄爾尼諾海流，是太平洋赤道帶海洋和大氣在大范圍相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的一種反常的自然現(xiàn)象。而南方濤動是伴隨厄爾尼諾和拉尼娜出現(xiàn)的氣壓場和海溫變化。

ENSO影響著全球的溫度和降水，地球上的許多年際氣候變化都與其有關(guān)，包括全球大氣，這種復雜的異常氣候現(xiàn)象與全球范圍內(nèi)的洪水、颶風、干旱、氣旋等多種惡劣天氣事件有關(guān)，給海洋生物、鳥類和人類帶來災難［2-4］。在 1900—2016年期間科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少26次ENSO事件，其中 1982—1983年、1997—1998年和 2015—2016年都發(fā)生了極其嚴重的 ENSO事件［5］。這些事件給當?shù)氐奶鞖夂秃Ｑ笊镌斐闪藰O大的影響，也影響了世界各地的氣候條件。在厄爾尼諾年，海溫異常不僅影響印度尼西亞、澳大利亞、印度、巴西、秘魯、厄瓜多爾和智利等臨海國家，還會因為遙相關(guān)的作用影響其他內(nèi)陸地區(qū)［6］。2015／16年史上最強的ENSO現(xiàn)象影響了全世界超過6000萬人。

近些年來，全球多地極端天氣事件頻發(fā)，地震、干旱、高溫、洪水、泥石流等重大災害顯著增多。根據(jù)糧農(nóng)組織的研究報告，ENSO事件增加了部分地區(qū)暴雨和洪水泛濫的風險，另一些地區(qū)則是降雨減少，干旱風險增加，嚴重影響了農(nóng)業(yè)和食品安全，且不同地域受到的影響各不相同：在南非和東非，天氣異常炎熱，埃塞俄比亞等國出現(xiàn)了嚴重的干旱，對依賴農(nóng)業(yè)和牲畜的家庭的生計產(chǎn)生了深遠影響，導致數(shù)千萬人依賴糧食援助；在亞洲，菲律賓、印尼、印度、巴布亞新幾內(nèi)亞、東帝汶以及太平洋島嶼等地區(qū)出現(xiàn)干旱，糧食減產(chǎn)，中國南澇北旱，澳大利亞、巴西等地也出現(xiàn)干旱少雨的情況；而在美洲，氣候變得更加潮濕，南美沿岸的秘魯、厄瓜多爾等地暴雨成災，美國南部和南美洲的降水量激增，暴風雨和大洪水的災害增加［7］。此外，在夏季，孟加拉國、印度、菲律賓等國易受熱帶風暴的襲擊。而到了冬季，美國東部等地則很可能遭遇嚴寒天氣［7，8］。

隨著全球變暖，ENSO現(xiàn)象出現(xiàn)得日益頻繁，且滯留時間延長。世界各國也越來越重視ENSO這一科學現(xiàn)象及其所帶來的影響。科學家們利用先進的儀器和設(shè)備對ENSO開展了不同層面的研究，通過采取一系列預報模型、海洋觀測和衛(wèi)星偵察、海洋大氣耦合等科研活動，不斷深化對這種氣候異?，F(xiàn)象的認識，加強對ENSO引起的異常天氣的預測。目前，秘魯已經(jīng)成功地將厄爾尼諾預測應用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃，澳大利亞、巴西、埃塞俄比亞和印度也采取了類似措施。大多數(shù)熱帶國家都可以從厄爾尼諾預測中受益，受益程度則取決于氣候預測模型的準確性。而在熱帶地區(qū)之外的許多國家，如日本和美國，更準確地預測厄爾尼諾也有益于其對農(nóng)業(yè)、水資源管理、糧食和原油儲備等領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃。

為了更好地了解ENSO現(xiàn)象的全球趨勢和研究熱點，本文通過梳理國際上與ENSO研究相關(guān)的戰(zhàn)略部署與規(guī)劃，結(jié)合文獻計量學分析，對ENSO的研究熱點和發(fā)展趨勢進行了綜合分析，以便為ENSO研究的海洋事務提供參考。

1 厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）研究相關(guān)的戰(zhàn)略部署

近些年來，世界氣候研究計劃WCRP、全球海洋觀測系列計劃GOOS以及熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計劃（TPOS 2020）等國際研究計劃都對 ENSO的相關(guān)研究進行了重點部署。歐盟國家和美國、加拿大等海洋強國分別資助和開展了與ENSO研究相關(guān)的多個研究計劃，中國也參與其中。這些計劃在人員、資源等方面都存在著一些合作關(guān)系，盡管具體的研究區(qū)域不盡相同，但研究目標都是想揭秘ENSO機制，以期實現(xiàn)對ENSO的準確預測。

1．1 全球性計劃

1．1．1 世界氣候研究計劃WCRP

世界氣候研究計劃（World Climate Research Programme，WCRP）由世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）與國際科學聯(lián)合會（International Council of Scientific Union，ICSU）聯(lián)合主持，以物理氣候系統(tǒng)為主要研究對象，是1967—1980年執(zhí)行的全球大氣研究計劃（GARP）的延續(xù)，1970年代開始醞釀，1980年代開始執(zhí)行至今，是全球變化研究中開展得較早的一個計劃，是“世界氣候計劃”（World Climate Program，WCP）的最主要部分。WCRP主要研究地球系統(tǒng)中有關(guān)氣候的物理過程，涉及整個氣候系統(tǒng)，尤其是大氣、海洋、低溫層（冰雪圈）和陸地以及這些組成部分之間的相互作用和反饋，重點關(guān)注時間尺度為數(shù)周到數(shù)十年的氣候變化，其目標主要包括兩個方面：一是氣候的可預報程度，二是人類活動對氣候的影響［9］。

目前WCRP開展了四個主要方向的核心研究計劃：氣候和冰凍圈計劃（CliC）、氣候變率及其可預測性計劃（CLIVAR）、全球能量與水交換（GEWEX）計劃，以及平流層-對流層過程及其在氣候中的作用（SPARC）［10］。其中，氣候變率及其可預測性計劃的研究重點就包含ENSO研究。該計劃于1995年在熱帶海洋和全球大氣計劃（TOGA）和世界海洋環(huán)流實驗（WOCE）的成功基礎(chǔ)上啟動，持續(xù)至今。其目標是進一步了解海洋和氣候，重點研究變化的大氣和緩慢變化的陸面、海洋和冰雪過程、人類的影響以及地球化學和生物物質(zhì)的變化，尤其是世界季風環(huán)流年循環(huán)強度的預報及海洋與其相互的變率。其研究重點包括：①年代際氣候變率和可預測性（DCVP）；②東部邊界上升流系統(tǒng)（EBUS）；③區(qū)域海平面變化和沿海影響；④天氣及氣候極端事件的認知和預測；⑤ENSO在氣候變化中的作用；⑥行星能量平衡與海洋熱量儲存（CONCEPT-HEAT）之間的一致性。其中，④和⑤都與ENSO研究密切相關(guān)，在ENSO的多樣性（厄爾尼諾現(xiàn)象的類型）、極端事件的發(fā)展、可預測性、影響和在氣候變暖這一當前背景下的遙相關(guān)作用等方面都取得了重要進展。

WCRP開展的具體研究計劃中涉及ENSO研究的計劃按照時間順序主要包括：

1）熱帶海洋與全球大氣試驗（Tropical Ocean＆Global Atmosphere，TOGA）：TOGA是一個歷時10年的世界氣候研究子計劃（1985—1994），旨在預測長達數(shù)月或數(shù)年的氣候現(xiàn)象。其目標是研究三大熱帶海洋的海洋與大氣變率，美國開展的研究主要集中在太平洋，由國家海洋與大氣管理局（NOAA）、美國國家科學基金與美國國家航天航空局給予資金資助。中方的合作機構(gòu)是NOAA，由南海分局負責組織實施，10年間連續(xù)進行了8個航次的中美西太平洋和全球氣候大氣相關(guān)作用研究合作調(diào)查。合作調(diào)查的主要內(nèi)容包括：①熱帶西太平洋海氣系統(tǒng)的熱量、能量平衡和收支變化與厄爾尼諾、南方濤動、季風及大氣環(huán)流的關(guān)系；②熱帶西太平洋赤道輔合帶、赤道西風、越赤道氣流的維持、季風變化、年際變化及其與南方濤動的產(chǎn)生、發(fā)展的關(guān)系；③赤道附近太平洋表層水溫的變化對副熱帶高壓、季風活動和中緯度大氣環(huán)流的影響；④赤道表層流系、潛流、溫躍層緯向坡度流、上升流等與風應力場的關(guān)系；⑤由區(qū)域性表面風應力半年振蕩所引起的近表層海流和溫度的起伏；⑥已有的海氣相互作用模式，包括描述海流和熱量對大氣擾動的響應、海面潛熱變化對南方濤動的響應以及大氣對海洋熱源的異常響應等。TOGA計劃把大氣的相互作用與熱帶海洋環(huán)流緊密聯(lián)系起來，能夠提前一年以上預測到厄爾尼諾現(xiàn)象。

2）ENSO模擬比對項目（ENSIP）：ENSIP是一項在海氣耦合模型中對比ENSO模擬的協(xié)同研究（1992—1996），由GOALS數(shù) 值實驗研究組（NEG1）、氣候變率及其可預測性計劃（CLIVAR）和WCRP協(xié)同組織。自1992年開始，ENSIP開展了赤道太平洋海表面溫度 Hovm?ller圖、Nino-3（90°W ～150°W、5°N～5°S）海表面溫度異常與沿赤道熱含量異常的相關(guān)性等方面的研究，主要集中在對太平洋5°N-5°S的 SST、風應力和上層海洋熱含量（平均位于上層海洋300～400米）的研究。該研究比較了二十四個耦合的海洋—大氣模式在熱帶太平洋區(qū)域的模擬效果，包括TOGA中的模式（即高分辨率熱帶海洋模型、粗分辨率全球大氣模型、粗分辨率全球耦合模型，以及一些在赤道地區(qū)具有高分辨率的全球耦合模型），同時也研究了年平均狀態(tài)、季節(jié)周期和年際變化的表現(xiàn)。分析的主要量化指標是海表面溫度（SST）。此外，還研究了熱帶太平洋年際熱含量變化的演變以及赤道太平洋年際SST變化與印度夏季風強度波動之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后期模型盡管相對于早期的比對研究有了一些改進，但幾乎所有模型（甚至那些采用通量校正的模型）在模擬SST氣候?qū)W方面仍然存在問題，只有少數(shù)耦合模型根據(jù)赤道SST異常模擬了 ENSO，大多數(shù)模型只顯示了ENSO與印度夏季風強度之間的緊密聯(lián)系。

3）耦合模型中熱帶海洋研究（STOIC）：STOIC是由CLIVAR-WGSIP（WGSIP，季節(jié)內(nèi)至年代際預測工作組）在1996年發(fā)起的研究計劃，到2002年結(jié)束。目的是識別耦合模型在熱帶海洋地區(qū)的常見優(yōu)點和缺點。STOIC是 ENSIP（WGSIP另一個項目）的補充，ENSIP項目的研究集中在赤道太平洋，而STOIC則側(cè)重于大西洋和印度地區(qū)，并調(diào)查了其與太平洋地區(qū)的關(guān)系，重點從24個模型中收集包含熱帶海表面溫度、表面風應力和上層海洋垂直平均溫度等數(shù)據(jù)，并與觀察到的年平均值、季節(jié)循環(huán)和年際變化特征等相比較。該研究在海氣耦合模型中對熱帶海洋行為進行了季節(jié)和年際時間尺度上的比較。

1．1．2 全球海洋觀測系統(tǒng)GOOS

全球海洋觀測系統(tǒng)（Global Ocean Observing System，GOOS）是由政府間海洋學委員會（IOC）、世界氣象組織、國際科學聯(lián)合會理事會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署共同發(fā)起并組織實施的一個全球性項目，旨在更好地了解海洋氣候和生態(tài)系統(tǒng)，以及人類的影響和脆弱性。GOOS協(xié)調(diào)全球海洋的觀測，涉及三個關(guān)鍵主題：氣候、運營服務和海洋生態(tài)系統(tǒng)健康，其中氣候主題與ENSO研究密切相關(guān)。該主題涉及全球氣候觀測系統(tǒng)中的海洋部分，目的是監(jiān)測、描述和認識決定大洋環(huán)流的物理和生物地球化學過程及其對碳循環(huán)的影響，以及大洋對數(shù)十年時間尺度氣候變化的影響，并提供預報氣候變化所需的觀測資料［11］。

Argo（Array for Real-time Geostrophic Oceanography，地轉(zhuǎn)海洋學實時觀測陣）全球海洋溫度／鹽度浮標陣列（2000年實施至今）是 GOOS中一個針對全球海洋上層（2000米）海水溫度和鹽度觀測的全球性海洋觀測計劃，為全球ENSO研究提供了重要數(shù)據(jù)支持。Argo全球海洋觀測網(wǎng)的建設(shè)最初起源于1990—1997年的世界海洋環(huán)流實驗（WOCE，世界氣候研究計劃 WCRP的一部分）。WOCE計劃需要收集整個海洋1000米范圍內(nèi)的洋流數(shù)據(jù)，為此，美國斯克瑞普斯海洋學研究所的Russ Davis和韋伯研究公司的Doug Webb聯(lián)合開發(fā)了自主拉格朗日環(huán)流探索者（ALACE）。ALACE浮標使用John Swallow在20世紀50年代中期發(fā)明的中性浮力原理，可在特定的壓力水平下跟蹤水流。當上升到水面時，ALACE也可以測量其上升所經(jīng)過的水的溫度和鹽度，因此，在WOCE計劃接近結(jié)束時，大多數(shù)ALACE都載有溫度／鹽度傳感器。隨后，1998年，美國的海洋科學家進一步探討了利用剖面浮標監(jiān)測海洋的潛力，并籌劃推出了大型海洋觀測計劃Argo。Argo計劃一經(jīng)推出就得到了澳大利亞、加拿大、法國、德國、中國、日本和韓國等國家的響應和支持，并逐步成為全球氣候觀測系統(tǒng) GCOS、GOOS、CLIVAR和全球海洋資料同化試驗（GODAE）等大型國際觀測和研究計劃的重要組成部分。Argo是其他正在發(fā)展中的海洋觀測系統(tǒng)可以遵循的標準，為如何進行國際合作、開發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及改變科學家收集數(shù)據(jù)的方式等提供了思路和方法。Argo計劃目前在全球大洋中每隔300公里布放一個剖面浮標，總計有3900多個，組成了一個龐大的Argo全球海洋觀測網(wǎng)，加速推進了對全球大洋的觀測。Argo的設(shè)計需要隨著技術(shù)和需求的變化而調(diào)整，并逐步實現(xiàn)全球覆蓋，包括極地和邊緣海，以便通過快速、準確地收集全球海洋上層的海水溫、鹽度剖面資料，提升對氣候災害的預測能力并提高氣候預報的精度。目前，Argo布放的剖面浮標情況如圖 1所示［12］。

Argo計劃每隔10天就能提供一組全球海洋2000 m深度之上的次表層溫、鹽度資料，國際上近些年開發(fā)的許多氣候模式都借由使用Argo的這些次表層溫度資料，提高了對ENSO現(xiàn)象及其相關(guān)的氣候災害（如洪水、干旱等）的預報能力。此外，通過Argo觀測數(shù)據(jù)分析降水與蒸發(fā)差、冷熱差、熱量和淡水對流，以及由風驅(qū)動的水體重新分配，可以了解 ENSO所造成的全球海面變化。2002年1月中國正式加入Argo計劃，希望依托該計劃，建成屬于中國的大洋局域觀測網(wǎng)。截止2018年，已經(jīng)在太平洋、印度洋等海域投放了423個Argo剖面浮標，目前有106個仍在海上正常工作［13］。

圖1 Argo布放的剖面浮標情況Fig．1 Buoys deployed by Argo in global scope

1．1．3 熱帶太平洋觀測系統(tǒng) 2020（TPOS 2020）

熱帶太平洋錨系陣列（Tropical Moored Buoy Array，TMBA）在2012—2014年發(fā)生了嚴重退化，給ENSO的預測工作帶來巨大風險。因此，2014年，美國提出了熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計劃（Tropical Pacific Observing System 2020 Project，TPOS 2020）。TOPS是由GOOS延伸出來的，針對熱帶太平洋的多國聯(lián)合合作的可持續(xù)觀測系統(tǒng)。TPOS 2020計劃將于2020年完成，旨在提升和重新設(shè)計熱帶太平洋的國際觀測系統(tǒng)，提高對ENSO的預測能力，并進一步認知和預測熱帶太平洋氣候變異及其在農(nóng)業(yè)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、人類健康、防災減災等領(lǐng)域的全球影響。

2016年8月，TPOS 2020發(fā)布《TPOS 2020初次報告》。報告指出，TPOS在TOGA開展之后的20年中取得了很大的成功，其重新設(shè)計得到的TPOS 2020是基于1985—1994年間的TOGA以及之后對其觀測系統(tǒng)的大量更新和改進，該系統(tǒng)利用衛(wèi)星和現(xiàn)場觀測新技術(shù)的發(fā)展，提供更高的效率、有效性和可靠性。其研究對象包括海洋混合層和與其相互作用的海-氣通量、日變化、赤道海-氣耦合物理機制、太平洋邊界區(qū)域，以及生物地球化學（特別是海-氣碳通量）。TPOS 2020針對矢量風、海表面溫度（SST）等多種觀測目標的監(jiān)測方法和技術(shù)提出了22個建議，以及“維持或恢復布放在西太平洋2°S-2°N之間的六個TMA站點”等多個具體實施措施［14］。

1．1．4 歐盟資助計劃

歐盟發(fā)起和資助了一系列與ENSO相關(guān)的研究計劃與項目，其中部分與英、德等成員國的項目存在交叉。

2005年由德國馬普學會等機構(gòu)聯(lián)合開展并完成的“全新世期間厄爾尼諾-南方濤動現(xiàn)象的歷史重構(gòu)和建?！保≧ECOMENTH）項目主要用于理解最近的地質(zhì)歷史中ENSO的起因和變化，以提高對ENSO變化的預測能力。

2009—2011年英國牛津大學等機構(gòu)聯(lián)合開展的“氣候變化對東南亞季風的影響”（ASIAN MONSOON）項目有助于更深入地理解東南亞季風（影響超過50%的世界人口），并幫助理解ENSO現(xiàn)象與季風之間的關(guān)系。

此外，歐盟近些年來發(fā)起的多個研究項目都與ENSO研究相關(guān)，例如2011—2015年的“Learning about Interacting Networks in Climate（LINC）”項目、2016年開始的“ThermoHaline Circulation at Risk（THOR）”項目等［15］。

1．2 各國研究計劃

除了國際組織外，很多國家也在研究部署和國家政策中強調(diào)了ENSO研究和預測的重要性。

美國國家研究委員會海洋基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略研究組在國家和國際評估的基礎(chǔ)上，于2011年9月正式發(fā)布《2030年海洋研究與社會需求的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（Critical Infrastructure for Ocean Research and Societal Needs in 2030）》報告，確定了在 2030年可能處于海洋科學前沿且需要解決的若干重大科學問題，以及為解決這些問題需要規(guī)劃建設(shè)的國家海洋研究基礎(chǔ)設(shè)施。該報告提出，未來對ENSO問題的研究很可能把重點放在持續(xù)的觀察和分析上，以改進預測的模型［16］。

美國國家海洋與大氣管理局下設(shè)的NOAA太平洋海洋環(huán)境實驗室（PMEL）、地球物理流體動力學實驗室（GFDL）、地球系統(tǒng)研究實驗室（ESRL）和氣候預測中心都開展了跟厄爾尼諾有關(guān)的一系列科研活動，包括基礎(chǔ)研究、觀測和全球熱帶觀測平臺建設(shè)。PMEL最成功的一個氣候計劃是通過布設(shè)在赤道太平洋的熱帶大氣海洋浮標陣列（TAO），提高了對厄爾尼諾的描述、理解和預測。NOAA氣候預測中心目前經(jīng)常使用Tao-Triton數(shù)據(jù)進行ENSO預測，并評估ENSO事件對全球天氣模式的影響。而地球物理流體動力學實驗室（GFDL）開展的厄爾尼諾研究包括：使用不同層次的模型來分析ENSO及其對氣候敏感性的關(guān)鍵過程；通過了解ENSO對過去氣候變化的響應，幫助預測其在未來如何變化；大力發(fā)展ENSO模型和預報系統(tǒng)，除了高品質(zhì)模型，還通過全球觀測網(wǎng)絡和先進的耦合數(shù)據(jù)同化方法等，改善對ENSO的預測能力和評估的不確定性［17］。

澳大利亞環(huán)境與能源部制定的“澳大利亞海洋科學與技術(shù)規(guī)劃”將一個研究目標定為改善澳大利亞的氣候變化預測，通過開發(fā)澳大利亞海洋觀測系統(tǒng)的氣候模塊，監(jiān)測、分析并預測ENSO引起的氣候變化。此外，澳大利亞國家科學院（CSIRO）的研究主題之一“海洋環(huán)境研究”設(shè)置了對極端氣候事件這一研究方向，主要聚焦于厄爾尼諾引起的氣候變化對珊瑚的影響和防范，具體包括“Pilbara／Ningaloo地區(qū)沿海環(huán)境驅(qū)動因素：海洋熱浪的作用與熱帶氣旋”等［18］。

加拿大漁業(yè)及海洋部設(shè)置了“氣候變化與變異”（Climate Change／Variability）這一研究主題，希望通過開展相關(guān)研究，更好地了解、監(jiān)測和預測ENSO等引起的氣候變化與變異，構(gòu)建新一代全球氣候模型，同時為制定相關(guān)戰(zhàn)略提供科學依據(jù)［19］。

英國國家海洋學中心（NOC）和德國亥姆赫茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）都是全球海洋和氣候研究的重要機構(gòu)，分別針對ENSO部署了多個研究項目，例如 GEOMAR“西南非洲沿岸上升流系統(tǒng)和本格拉厄爾尼諾（2013—2016）”等重點項目［20］。

1．3 中國研究計劃

近些年來，中國受ENSO引起的氣候變化的影響，極端天氣、氣候事件頻發(fā)。國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）和國家自然科學基金都資助了多個研究項目，對ENSO相關(guān)的課題進行不同層次的研究，具體項目有：“平流層大氣基本過程及其在東亞氣候與天氣變化中的作用”（973計劃，2010—2014）［21］、“熱帶太平洋海洋環(huán)流與暖池結(jié)構(gòu)特征、變異機理和氣候效應”（973計劃，2012—2016）［22］，以及“關(guān)于季風與 ENSO循環(huán)相互作用的研究”（國家自然科學基金“九五”重點項目，1996—2000）［23］、“ENSO的變異機理和可預測性研究”（國家自然科學基金重大項目，2017—2021）［24］、“厄爾尼諾 ／拉尼娜形勢的發(fā)展和物理過程研究”等一系列國家自然科學基金項目。這些項目分別圍繞ENSO與氣候異常的關(guān)系及對我國氣候的影響，改進暖池和海洋環(huán)流的模擬能力，評估不同類型 El Ni?o的可預報性，揭示東亞季風、西太平洋暖池和ENSO循環(huán)之間相互作用的物理過程，探討厄爾尼諾多樣性的產(chǎn)生機制、ENSO多變性及其與太平洋年代際變率的關(guān)系、ENSO對全球變暖的響應和反饋以及ENSO可預測性等方面展開研究，從厄爾尼諾事件的發(fā)生發(fā)展機制到其對全球氣候的影響再到對ENSO事件的預報進行了相關(guān)部署與推進。其中，ENSO的變異機制和預測是研究的重點。

1．4 比較分析

通過對與ENSO研究相關(guān)的全球研究計劃與各國研究計劃進行梳理和分析，可以發(fā)現(xiàn)，由于觀測技術(shù)與水平的限制，前期的ENSO研究側(cè)重于模擬并在模式研發(fā)方面取得了顯著進展，隨著2000年以后Argo計劃、TPSO2020計劃等全球性觀測計劃的實施，全球性海洋觀測網(wǎng)建設(shè)為ENSO研究提供了大量的數(shù)據(jù)研究基礎(chǔ)，加快了ENSO研究的步伐，也提升了世界各國對ENSO引起的氣候災害以及極端氣候事件的預測能力。目前，世界各國都已經(jīng)意識到了ENSO研究是全球性的研究課題，不能局限于某個國家或地區(qū)，想要提升對ENSO事件的預測必須依靠國際合作，依托全球性的研究計劃與觀測平臺，通過合作與數(shù)據(jù)共享才能取得長足的進步。所以，目前已經(jīng)有30個國家加入了Argo計劃，這些國家都贊同建立全球浮標陣列的目標和Argo的開放數(shù)據(jù)政策。而在參與ENSO研究的國家中，美國率先提出并資助了多個國際研究計劃，一直屬于領(lǐng)先地位，澳大利亞、加拿大、英國、德國和中國等國也部署了多個與ENSO研究相關(guān)的計劃，基本都側(cè)重于對厄爾尼諾事件的機制和影響研究，以為了實現(xiàn)對ENSO事件的有效預測。

2 研究熱點分析

2．1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

為了了解ENSO研究的熱點，使用文獻計量學方法對ENSO研究論文進行了分析。數(shù)據(jù)采集自 ISI Web of Science（Science Citation Index Expanded）數(shù)據(jù)庫，檢索策略是 ts＝（（＂El Nino＂or＂enso＂or＂Southern Oscillation＂or＂El Nino-Southern Oscillation＂）and pacific），時間跨度為1900—2017年。最終共檢索到 12999條數(shù)據(jù)（2018．12．13），涉及氣象學與大氣科學 （4856篇）、綜合地球科學（1621篇）、海洋學、環(huán)境科學、地理學、海洋與淡水生物學和多學科科學等眾多學科。

圖2 厄爾尼諾研究關(guān)鍵詞熱點分析Fig．2 Hotspot analysis of key words in El Nino Research

2．2 研究熱點分析

利用VOSviewer根據(jù)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)及相互聯(lián)系的緊密性對關(guān)鍵詞進行聚類分析，將聯(lián)系緊密的關(guān)鍵詞以相同顏色劃分為同一區(qū)塊。可以明顯看出，ENSO研究有4個研究熱點（圖2），分別是：1）ENSO的機制研究和其所導致的影響（紅色板塊），關(guān)鍵詞包括大氣環(huán)流、沃克環(huán)流、熱帶氣旋、季風和調(diào)制等，涉及地域的關(guān)鍵詞包括印度海、西太平洋、東亞以及中國；2）氣候變化的氣候模式研究以及ENSO引起的洪水、干旱等災害的影響（藍色板塊），關(guān)鍵詞包括太平洋年代際振蕩、年降水量、小波分析、北大西洋濤動、重建及年輪等，涉及地域的關(guān)鍵詞包括澳大利亞；3）ENSO的變異機理和可預測性研究（黃色板塊），關(guān)鍵詞包括赤道、溫躍層、風壓、暖池、海洋模式、開爾芬波、羅斯貝波、赤道潛流和通量等；4）ENSO引起的氣候變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響（綠色板塊），關(guān)鍵詞包括分配、種群、葉綠素、生長、豐度、生態(tài)系統(tǒng)和初級生產(chǎn)力等，涉及地域的關(guān)鍵詞包括加州、墨西哥、河口和海灣。進行ENSO研究所用的方法主要是模擬分析（紫色板塊），關(guān)鍵詞包括模擬、實驗、氣候模式和預測等。

通過分析研究論文的關(guān)鍵詞得到的ENSO研究熱點與全球的ENSO研究計劃部署情況是相對應的。對于 ENSO的機制，Timmermann等［25］研究了ENSO氣候模式的時空復雜性及其對地球系統(tǒng)的影響，雖然ENSO主要表現(xiàn)為一年四季的氣候波動，但它的動態(tài)涉及到一系列廣泛的過程，這些過程在時間尺度上相互作用，研究者通過分析ENSO的模式、振幅和時間演變的多樣性探討了ENSO的發(fā)生和演變機制。對于ENSO造成的災害，Varikoden等［26］研究了ENSO對印度不同地區(qū)干旱災害的影響和范圍；Barnard等［27］通過研究2015—2016年厄爾尼諾現(xiàn)象造成的異常海洋學條件和海岸反應，發(fā)現(xiàn)ENSO導致了美國西海岸異常大的海灘侵蝕。對于ENSO造成的更廣泛影響，Ham［28］認為全球變暖將增強東太平洋厄爾尼諾事件的振幅和頻率，并帶來一系列氣候變化；L'heureux等［5］通過研究 2015／16年的厄爾尼諾情況分析了對厄爾尼諾現(xiàn)象的觀測與預測；蔡文炬等［29］結(jié)合不同的 ENSO模式模擬，探討了ENSO在未來溫室效應下的變化情況。此外，ENSO引起的氣候變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的不利影響也是ENSO研究的一個重點方向。McCabe等［30］通過研究證明，2015年春季的產(chǎn)毒赤潮硅藻—擬菱形藻在沿海地區(qū)的爆發(fā)是由ENSO導致的異常溫暖的海洋條件所引起，這次藻華引發(fā)了北美西海岸有記錄以來的最大一次神經(jīng)毒素—軟骨藻酸爆發(fā)，導致地理上廣泛而持久的刮刀蛤、巖蟹和珍寶蟹漁場封閉；Wooldridge等［31］對澳大利亞大堡礁中部的棘海星的初始爆發(fā)進行研究，探討了ENSO導致的水動力條件變化對該種生態(tài)災害的影響。

3 展望

ENSO不僅影響全球氣候，還對全球的經(jīng)濟、政治、文化等各個方面都有深遠影響。世界氣候研究計劃 WCRP、全球海洋觀測系列計劃 GOOS以及熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計劃（TPOS 2020）等國際研究計劃都對ENSO的觀測系統(tǒng)、對氣候變化的影響、產(chǎn)生機制以及可預測性等相關(guān)研究進行了重點部署，世界各國也紛紛資助和開展了與ENSO研究相關(guān)的多個研究計劃，中國除了資助國內(nèi)的“ENSO的變異機理和可預測性研究”等重大研究項目，也積極參與多個相關(guān)國際計劃與項目。通過對ENSO研究的論文發(fā)表情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，ENSO的機制研究和氣候模式研究、引起的氣候變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響、導致的氣候災害對農(nóng)業(yè)等方面的影響都是ENSO研究領(lǐng)域的研究熱點。這與國際上的ENSO研究戰(zhàn)略部署相對應。

在戰(zhàn)略部署方面，為了應對ENSO現(xiàn)象的不利影響，各國除了需要繼續(xù)支持和促進ENSO相關(guān)學科研究的發(fā)展，還應將包括ENSO預測在內(nèi)的氣候預測納入管理決策，從決策層面加快預測手段與技術(shù)的進步。如果ENSO預測變得如常規(guī)的氣候預測那樣容易獲得，就可以提供可靠的短期、長期和超長期預報，從而幫助國家各層面的決策規(guī)劃，更好地管理農(nóng)業(yè)、供水、漁業(yè)和其他資源。此外，政策制定過程中，在農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟、科研、文化等多個方面都應該考慮到厄爾尼諾等事件帶來的影響，完善相關(guān)的應急預警措施和法律法規(guī)，并通過廣泛開展科普等活動，加深普通民眾對ENSO的了解，提高民眾對ENSO導致的氣候災害事件的預警和防范。

在學術(shù)研究方面，過去幾十年里，通過各種ENSO研究項目的陸續(xù)開展，世界各國在 ENSO的機制研究、變化、影響和預測方面都取得了長足的進步，但是，如何科學地部署觀測系統(tǒng)以取得有效的觀測數(shù)據(jù)，如何建立并評估有效的海氣耦合模式，ENSO的具體機制及其在全球變暖條件下的變化與反饋是怎樣的，以及如何準確地預測ENSO及其導致的極端天氣事件，這些問題都尚未解決，依然是科研工作者未來研究的重點和難點，需要通過廣泛的國際合作來解決。加強機構(gòu)和科研人員間的交流合作、數(shù)據(jù)共享有利于ENSO預測模式的完善與發(fā)展。此外，還需要建立全球的ENSO監(jiān)測和預報體系，推動氣候預測的開展與進步。許多國家的科學家和政府正在共同努力，設(shè)計和建立一個觀測熱帶海洋的全球體系，預測ENSO和其他不規(guī)則的氣候變化規(guī)律。