热带不稳定波（Tropical Instability Waves, TIWs）是热带太平洋最显著的季节内海洋动力变率之一，由赤道流系的剪切不稳定产生，表现为赤道东太平洋海表流场和海表温度（图1a）的月周期扰动。TIWs能通过非线性效应影响海洋生态环境和气候长期变化，例如：TIWs海流扰动将赤道上涌的冷海水与赤道外暖海水经向搅拌混合，影响赤道冷舌区营养盐富集度和热量收支平衡，进而通过初级生产力和海表温度分别影响生态和气候系统。自20世纪90年代以来，热带太平洋经历了类似拉尼娜现象的平均状态变化（热带东太平洋变冷），影响太平洋乃至全球的气候和天气变化（如西太台风、ENSO年代际变化等）。然而，由于赤道海流缺乏观测，TIWs等赤道动力过程的长期演变规律仍不清楚，限制了我们对热带太平洋气候长期变化的理解与预估。

　　自1993年，卫星高度计持续提供海表高度观测、多颗卫星高度计观测融合得到全球日平均格点化产品（AVISO），海洋学家们通常使用海表高度地转平衡诊断海表流场，但该方法对近赤道区域无能为力。为解决海流数据问题，研究团队自主提出了海表高度计算非平衡态海表流场的动量诊断方程，首次诊断出近赤道非平衡态流场近30年（1993-2021）日平均数据。基于该数据，研究发现TIWs在此期间持续增强，其海流涡动能（eddy kinetic energy, EKE）每十年增长12%（图1b粗红线）。研究同时利用其他3套独立数据进行了对比验证：卫星观测海表温度（1982-2021，品红线）、热带海洋锚定浮标观测的海流数据（1980s-2020，黑线）以及1/10˚涡分辨率全球大洋环流模式数据（OFES2，1958-2021，蓝线），结论与高度计诊断结果一致。

　　图1.太平洋热带不稳定波（TIWs）现象及其强度长期变化序列。a.日平均卫星海表温度；b. TIWs强度多年代际序列（红色：卫星高度计；黑色：浮标单点观测；品红：卫星海表温度方差；蓝色：OFES2模拟，灰色阴影是模式集合）。细线：年平均，粗线：9年滑动平均，已去除1993-2021年气候态平均。

　　对大尺度海洋环流和海温风场的趋势分析表明，TIWs增强的动力机制是热带东太平洋气候近30年赤道南北不对称变化：即赤道以北增暖更快（图2a），伴随跨赤道南风增强、赤道海流加速（图2c），使海流剪切加强、导致TIWs增强。伴随TIWs增强，研究团队发现TIWs的经向搅拌效应加强，进而使冷舌区的非线性加热效应每十年增加23%。这一项的变化在海洋长期热收支平衡中不可忽视，可能是近期热带东太平洋气候态变冷的负反馈项的来源。这说明TIWs在响应气候变化的同时，也影响着热带太平洋的海温变化。然而，目前大部分气候模式由于分辨率较粗（1°×1°）无法分辨TIWs过程、无法反映TIWs对冷舌的非线性加热效应，这可能造成一定的模拟偏差（比如冷舌区的冷偏差）。因此，在未来气候模拟和预估时，需要考虑TIWs这一反馈作用（比如通过参数化或者提高模式分辨率）。

　　图2. 近30年热带太平洋海温、风场和海表环流的变化趋势。a. 海表温度和海面风场趋势；b. 东太跨赤道海温不对称变化（北侧减南侧）；c. 海表高度和海表流场趋势；d. 南赤道流（SEC，0°-4°N平均）流速长期变化。b/d为9年滑动平均，已去除1993-2021年气候态平均。

　　该研究揭示了太平洋TIWs对历史气候变化的显著响应，表明TIWs深度参与并影响气候变化，这一结果为研究海洋多尺度动力过程响应和影响气候变化提供参考，为建设海洋多尺度监测网络及预报平台提供重要科学依据。

　　该研究获得国家自然科学基金(42090042,42106024)、中科院国际合作项目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究项目（LTOZZ2203）及南海所自主部署项目（SCSIO202201）等项目的联合资助。

　　相关论文信息:

　　Wang, M., Xie, S. P., Sasaki, H., Nonaka, M., & Du, Y. (2024). Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nature Climate Change, 14(2), 163-170.

　　原文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41558-023-01915-x