Science：东太平洋珊瑚记录显示近几十年ENSO变率已超出过去千年自然变化范围

摘要：厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对地球气候系统和人类社会影响深远。全球变暖的背景下ENSO将会如何响应，是国内外气候变化研究的焦点。然而，由于ENSO变率在空间上具有复杂性，气候模式的预估结果仍存在一定不确定性。加之赤道东太平洋（EP）高分辨率代用记录相对匮乏，限制了我们对这一问题的认识。Cole等利用加拉帕戈斯群岛的珊瑚记录重建了过去千年EP海表温度变率，发现最近几十年EP-ENSO变率持续增强，已经超出自然变化的范围，且这种变率的增加主要表现为厄尔尼诺事件（ENSO暖相位）的增强。该研究为认识增暖背景下ENSO的演变提供了关键科学依据。

ENSO是年际尺度最重要的内部变率之一，反映了赤道太平洋的海气相互作用，通过遥相关深刻影响着全球气候格局、生态系统与人类生产生活（McPhaden et al., 2006）。近几十年来，在气候变暖的背景下，已多次发生规模较大、影响广泛的厄尔尼诺事件，引发了国际社会的广泛关注：最近ENSO的变化是否超过了自然变化的范围？这种变化是否与人为强迫导致的全球变暖有关？回答这些问题仍面临许多挑战：一方面，器测记录时间长度较短，难以衡量最近ENSO变率的异常性，另一方面，气候模式的模拟结果存在一定分歧，难以有效分离自然与人为强迫对ENSO的影响。气候代用记录重建为回答这些问题提供了契机，但前人研究主要聚焦于中太平洋（CP）区域（Grothe et al., 2019），或利用全球其他区域的代用记录，通过遥相关重建ENSO变化。东太平洋（EP）ENSO核心区仍缺乏年分辨率的代用记录。

最近，美国密歇根大学Cole教授及其团队利用东太平洋赤道加拉帕戈斯群岛（Galápagos）的珊瑚记录，通过珊瑚锶/钙比值（Sr/Ca）和氧同位素（δ 18 O ）重建了过去千年赤道东太平洋的海表温度（SST）变率（图1 A–图1C），有效捕捉了东部型（EP）ENSO的变化信号。

图 1 赤道东太平洋海表温度变率。(A) 1982–2024年月尺度海表温度距平的标准差空间分布 (彩色填色)，平均海表温度 (等值线)。绿色和黄色圆圈分别表示加拉帕戈斯群岛 (Galápagos Islands) 和莱恩群岛 (Line Islands)；(B) 同 (A)，放大到加拉帕戈斯群岛，编号表示珊瑚采样点；(C) 珊瑚记录重建得到的海表温度距平的20年滑动标准差。黑色圆点代表δ 18 O 重建结果，三角代表Sr/Ca重建结果；(D) 20世纪以来器测的海表温度20年滑动标准差 (深灰色实线) 与偏度 (浅灰色实线)

重建结果表明，（1）20世纪以来EP-ENSO变率持续增强（图1 C–图1D）：工业革命前（1000–1850年）EP-ENSO变率总体较低且相对稳定，现代（1984年至今）EP-ENSO变率较工业革命前增强了36.5%±8%、较20世纪（1851–1982年）增强了16.2%±10%（原文表1）。（2）EP-ENSO的偏度（skewness）逐渐增加（图1 D）：工业革命前EP-ENSO偏度基本呈中性，而最近几十年则显著偏正，表明厄尔尼诺事件的强度有所增加。（3）自然变率无法完全解释最近EP-ENSO的异常性（图2）：仅考虑自然强迫因子和内部变率时，重建中36.5%的增幅位于模式集合的95%置信区间之外。东太平洋与中太平洋的变化是否一致？研究进一步将重建结果与中太平洋莱恩群岛的珊瑚δ 18 O 记录进行对比，发现中太平洋ENSO变率同样呈增加趋势，但其在工业革命前变化范围更大，因此涌现（emergence）的清晰程度不如东太平洋。这可能是因为中太平洋珊瑚δ 18 O 受降雨和海水δ 18 O SW 影响相对较大。

图 2 气候模式模拟与珊瑚记录重建中ENSO变率变化的概率分布。品红色竖线代表珊瑚记录重建得到的变率增幅，实线代表现代相对工业革命前的变率增幅，虚线代表现代相对20世纪的变率增幅。黑色点线、虚线、实线分别对应模式集合90%、95%、99%显著性水平。(A) CMIP5 (浅蓝色) 与 CMIP6 (深蓝色) 模拟结果；(B) CESM 过去千年模拟结果；(C) CMIP5/6工业革命前控制试验模拟结果

Cole团队基于过去千年高分辨率的珊瑚代用记录开展重建，为现代EP-ENSO变率的异常增强提供了有力证据。那么，在未来持续增暖情景下，ENSO将如何演变？模拟结果显示，在CMIP5/6的68个模式中，约63%的模式表明1940–2100年EP-ENSO变率将超出背景水平，其平均涌现时间约为2030年（Cai et al., 2023）。研究同时也存在一定的局限性：首先，珊瑚记录本身并不连续，1100–2015年间，记录的时间覆盖度约为48%；其次，火山活动是过去千年最强的自然外强迫之一，但不同气候模式对火山强迫的敏感度存在差异，进而导致模式对火山活动与ENSO变率关系的模拟存在不确定性。因此，未来的研究需要增加不同区域、不同类型的代用记录，进一步提高过去千年ENSO变化的重建可靠性。同时，改进气候模式对ENSO的模拟能力、筛选预估性能更优的模式，以提升我们对ENSO变化机制的理解，帮助我们更好地应对未来可能逐渐加剧的气候风险。

主要参考文献

Cole J E, Thompson D M, Dyez K A, et al. Recent strengthening of eastern Pacific ENSO in the last millennium paleorecord[J]. Science, 2026: eady2660.

McPhaden M J, Zebiak S E, Glantz M H. ENSO as an integrating concept in earth science[J]. science, 2006, 314(5806): 1740-1745.

Cai W, Ng B, Geng T, et al. Anthropogenic impacts on twentieth-century ENSO variability changes[J]. Nature Reviews Earth & Environment, 2023, 4(6): 407-418.

Grothe P R, Cobb K M, Liguori G, et al. Enhanced El Niño–Southern Oscillation variability in recent decades[J]. Geophysical Research Letters, 2020, 47(7): e2019GL083906.

（撰稿：杨媛媛，史锋/环境演变与碳循环学科中心）