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用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式:纯数据驱动的人工智能(AI)模型的最新进展与挑战
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作者 张荣华 周路 +6 位作者 高川 陶灵江 智海 冯立成 杜双盈 徐邦琪 陆波 《海洋与湖沼》 北大核心 2026年第1期1-21,共21页
基于物理驱动的海气耦合模式在过去几十年中经历了长期发展与应用的过程,极大地推动了对厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)现象的表征、理论体系的建立以及实时预测的实现。目前,学术界已经开发了复杂程度各... 基于物理驱动的海气耦合模式在过去几十年中经历了长期发展与应用的过程,极大地推动了对厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)现象的表征、理论体系的建立以及实时预测的实现。目前,学术界已经开发了复杂程度各异的海气耦合模式,用于ENSO的模拟和预测,包括简化的中间型海气耦合模式(Intermediate Coupled Models,ICMs)、混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models,HCMs)以及更加复杂的耦合环流模式(Coupled General Circulation Models,CGCMs)等。尽管这些模式在ENSO研究中取得了显著进展,其在ENSO预测中的表现仍存在明显的误差和不确定性,亟需开发更为有效的实时预测方法,以提高对ENSO预测的准确性和时效性。近年来,基于数据驱动的人工智能(artificial intelligence,AI)技术在地球科学领域取得了广泛而成功的应用。ENSO作为一个涉及复杂海气变量场时空演变及其高度相关性的耦合系统,已成为AI技术的重要研究和应用领域。特别地,AI技术在非线性表征能力上的优势与ENSO所涉及的复杂而高度非线性海气相互作用等特征高度匹配,能够直接从历史数据中学习并表征与ENSO相关的海洋-大气年际异常场的时空演变规律,从而构建出对未来变化的预测模型。尤其是,Transformer架构展示了其在捕捉海气年际异常场间复杂时空相互关联和长时间依赖等方面的强大能力,成为当前ENSO预测中的有效工具。本文以作者研发的基于Transformer架构的3D-Geoformer模型为例,重点阐述其在ENSO表征与预测中的独特优势与应用价值,包括从初始场角度利用3D-Geoformer开展关于ENSO实时预测和可预报性等研究,强调这一纯数据驱动的AI模型能够完成传统物理驱动模式所无法实现的任务。同时,也探讨了当前AI技术在ENSO研究中的应用问题与挑战,并进一步阐明AI模型在ENSO实时预测和长期预测中的潜力,为该领域的未来发展方向提供科学指导。 展开更多
关键词 厄尔尼诺-南方涛动(enso) 海气相互作用 人工智能技术 纯数据驱动 Transformer架构 3D-Geoformer模型
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浙江近海日本蟳潜在生境对ENSO事件的响应
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作者 陈龙飞 李建雄 +3 位作者 陈峰 徐开达 周永东 朱凯 《海洋与湖沼》 北大核心 2026年第1期273-283,共11页
全球气候变化背景下,为探究浙江近海日本蟳的潜在栖息地对ENSO事件的响应,研究基于2015~2017年与2022年的4月和11月共8个航次的浙江近海春秋季渔业调查数据,结合叶绿素a浓度、水深、海表温度和底层盐度等海洋环境因子,利用Biomod2集成... 全球气候变化背景下,为探究浙江近海日本蟳的潜在栖息地对ENSO事件的响应,研究基于2015~2017年与2022年的4月和11月共8个航次的浙江近海春秋季渔业调查数据,结合叶绿素a浓度、水深、海表温度和底层盐度等海洋环境因子,利用Biomod2集成建模方法构建物种分布模型,解析日本蟳潜在栖息地对ENSO事件的响应。结果表明:集合模型(受试者操作特征曲线下面积为0.920,真实技巧统计值为0.776)预测精度显著优于单一模型;日本蟳适宜生境主要分布于水深为10~30 m、盐度30.0~34.5且海表温18~20℃的近海,水深是影响其分布的主导环境因子(贡献率45.6%)。厄尔尼诺事件和拉尼娜事件均会造成日本蟳栖息地面积显著缩减,但其时空响应模式存在显著差异。厄尔尼诺事件导致春、秋两季栖息地向北收缩,且秋季适生区面积减少比例(53.3%)远高于春季(33.8%);而拉尼娜事件导致春季栖息地向北收缩,但秋季栖息地范围无明显变化,其负面影响主要体现在春季(减少43.3%)。本研究结果可为气候变化下东海生物资源可持续利用提供科学依据。 展开更多
关键词 日本蟳 enso事件 物种分布模型 栖息地 浙江近海
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DualST:基于双重时空网络的ENSO预测模型
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作者 付海燕 方巍 +1 位作者 郑小妹 庞芳 《气象学报》 北大核心 2026年第1期106-117,共12页
准确的厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)预测对于预防极端天气、气候事件具有重要意义。近年来,深度学习在ENSO预测领域已取得显著进展,但现有模型在捕捉复杂动态时、空关联方面仍存在局限。为解决上述问题,... 准确的厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)预测对于预防极端天气、气候事件具有重要意义。近年来,深度学习在ENSO预测领域已取得显著进展,但现有模型在捕捉复杂动态时、空关联方面仍存在局限。为解决上述问题,以英国气象局哈得来中心提供的全球海温信息为研究数据,提出了一种基于双重时空网络架构(Dual Spatial Temporal network,DualST)的ENSO预测模型,该模型创新性地设计了时空图卷积网络(Spatiotemporal Graph Convolutional Network,ST-GCN),通过新颖的边计算模块学习ENSO时空数据之间的相关,并将其转换为图数据,使得图卷积网络能够精准捕捉ENSO复杂的时、空动态特性。此外,利用注意力机制擅长捕捉长距离依赖的优势,来提高ENSO长期预测准确度。试验结果表明,DualST在Nino3.4指数预测相关系数上显著优于对比的其他深度学习模型,并可以达到20个月的有效ENSO预测。此外,MAE和RMSE的增长也较为平缓。从而表明,DualST模型通过边计算等创新模块有效建模了海温场之间的动态相关,显著提升了ENSO的长期预测性能。 展开更多
关键词 enso预测 深度学习 时空序列预测 图神经网络 注意力机制
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Mechanisms of ENSO's cross-seasonal modulation of winter–spring atmospheric river activity over East Asia
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作者 Yuliang Zhou Wentao Jia +1 位作者 Weimin Zhang Huizan Wang 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 2026年第1期66-71,共6页
In this study,based on MERRA-2 reanalysis data and a multi-algorithm integrated atmospheric river(AR)iden-tification method,the authors reveal the cross-seasonal regulation mechanism of El Niño-Southern Oscillati... In this study,based on MERRA-2 reanalysis data and a multi-algorithm integrated atmospheric river(AR)iden-tification method,the authors reveal the cross-seasonal regulation mechanism of El Niño-Southern Oscillation(ENSO)on winter-spring AR activities in East Asia.The results show that ENSO asymmetrically modulates AR ac-tivity through teleconnection and hysteresis effects,and has significant enhancement/inhibition effects on ARs in different regions.At the onset of El Niño,enhanced southwesterly flow at the western edge of the western Pacific subtropical high(WPSH)leads to enhanced AR activity in the western Pacific,and anomalous southerly winds in the Indian Ocean promote northward transport of water vapor in the Arabian Sea and Bay of Bengal.With a three-month lag,the weakening and eastward retreat of the WPSH weakens the low-latitude AR activity,but persistent southerly winds in the Bay of Bengal maintain the AR activity over Southwest China.The mid-to high-latitude AR response exhibits delayed dynamics,initially dominated by the synergistic effect of the southward deviation of the upper-air rapids and the low-level convergence(double-rapid-flow effect)and later modulated by the Pacific-North American teleconnection(PNA)-triggered East Asian ridge,which enhances the precipitation efficiency through prolonged frontal activity and enhanced cold-warm airmass convergence.Overall,El Niño promotes the development of low-and midlatitude AR activity in East Asia,while La Niña promotes(maritime continental)AR activity in the tropics.This study establishes the“ENSO teleconnection→circulation adjust-ment→East Asian AR response”chain,revealing a cross-seasonal lagged response mechanisms of East Asian AR activity,and provides a theoretical basis for winter and spring climate prediction and extreme precipitation forecasting. 展开更多
关键词 enso Atmospheric river Western Pacific subtropical high East Asia Lagged response
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Relationship between the Southern Indian Ocean Dipole and ENSO and their effect on summer precipitation in China
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作者 Xingyu Li Yuanhong Guan +3 位作者 Ran Dong Qifeng Lu Yue Zhang Jiani Zhen 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 2026年第1期53-58,共6页
Based on reanalysis data from 1979 to 2021,this study explores the spatial distribution of the Southern Indian Ocean Dipole(SIOD)and its individual and synergistic effects with the El Niño-Southern Oscillation(EN... Based on reanalysis data from 1979 to 2021,this study explores the spatial distribution of the Southern Indian Ocean Dipole(SIOD)and its individual and synergistic effects with the El Niño-Southern Oscillation(ENSO)on summer precipitation in China.The inverse phase spatial distribution of sea surface temperature anomalies(SSTAs)in the southwest and northeast of the southern Indian Ocean is defined as the SIOD.Positive SIOD events(positive SSTAs in the southwest,negative SSTAs in the northeast)are associated with La Niña events(Central Pacific(CP)type),while negative SIOD events(negative SSTAs in the southwest,positive SSTAs in the northeast)are associated with El Niño events(Eastern Pacific(EP)type).Both SIOD and ENSO have certain impacts on summer precipitation in China.Precipitation in the Yangtze River basin decreases,while precipitation in southern China increases during pure positive SIOD(P_PSIOD)events.During pure negative SIOD(P_NSIOD)events,the changes in precipitation are exactly the opposite of those during P_PSIOD events,which may be due to differences in the cross-equatorial flow in the southern Indian Ocean,particularly in low-level Australian cross-equatorial flow.When positive SIOD and CP-type La Niña events occur simultaneously(PSIOD+La_Niña),precipitation increases in the Yangtze-Huaihe River basin,while it decreases in northern China.When negative SIOD and EP-type El Niño events occur simultaneously(NSIOD+El_Niño),precipitation in the Yangtze-Huaihe River basin is significantly lower than during P_NSIOD events.This is caused by differences in water vapor originating from the Pacific Ocean during different events. 展开更多
关键词 Southern Indian Ocean Dipole enso Summer precipitation in China Cross-equatorial flow Composite analysis
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Solar activity and ENSO signals in Early Eocene lacustrine oil shale from Green River Basin
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作者 ZHANG Dongzhuojian CAI Henan +1 位作者 SUN Pingchang WANG Feng 《Global Geology》 2026年第1期13-23,共11页
Previous studies have shown that the Eocene oil shale sequences in the Green River Basin contain long-period astronomical age information.The fine-scale chronological characteristics of the oil shale laminae remain la... Previous studies have shown that the Eocene oil shale sequences in the Green River Basin contain long-period astronomical age information.The fine-scale chronological characteristics of the oil shale laminae remain largely unexplored.We selected finely laminated oil shales formed in deep-water environments characterized by stable water column stratification as the primary focus of this study,using microscopy and micro-area X-ray fluorescence(μ-XRF)techniques.By integrating high-resolution elemental data with timeseries analysis,we identified significant periodic signals associated with solar activity(Hale and Schwabe cycles)and ENSO.The results indicate that the alternations of light and dark laminae in the Green River Formation oil shale correspond to alternating dry and wet climate regimes:the light laminae are dominated by carbonate minerals,reflecting drier and milder conditions,while the dark laminae are enriched in terrigenous clastics and organic matter,indicating periods of increased precipitation and warmer temperatures.The detected periodicities(23.5 years,13.3 years and 5.8 years)are highly consistent with modern observations,demonstrating that the lower Eocene Green River oil shale effectively records short-term solar activity and climate variability.Furthermore,our findings confirm that a persistent"permanent El Niño"state did not develop under Early Eocene greenhouse conditions,providing a refined chronological framework for highresolution paleoclimate studies during greenhouse intervals. 展开更多
关键词 Green River Basin oil shale time series analysis solar-actives cycles enso
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用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式:以对我国三个环流型模式(CGCMs)的评估为例 被引量:3
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作者 张荣华 尹露莹 +9 位作者 高川 王宏娜 刘思颖 智海 陈林 康贤彪 俞永强 宋振亚 吴统文 吴方华 《海洋与湖沼》 北大核心 2025年第3期475-501,共27页
基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征,目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式,包括中间型耦合模式... 基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征,目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式,包括中间型耦合模式(Intermediate coupled models,ICMs)、混合型耦合模式(Hybrid coupled models,HCMs)和完整的环流型耦合模式等。其中最为复杂的是基于原始方程组的海气耦合环流模式(Coupled general circulation models,CGCMs),它们均由描述大气和海水运动的大气环流模式(Atmospheric general circulation models,AGCMs)和海洋环流模式(Oceanic general circulation models,OGCMs)所组成,包含了广泛而尽可能详尽的物理过程及参数化方案;采用全变量(一个状态变量可分为气候态部分和年际异常部分)和海气间的完全耦合。早期发展的CGCM常常会出现气候漂移现象,对气候平均态和ENSO模拟等会出现较大的模式误差,为此需要采用通量修正(flux corrections)等方法,以减小平均态模拟的系统性误差;这类模式不仅对计算资源有更高的要求,其调试与优化也面临巨大技术挑战。经过几十年的发展和改进,当前使用的CGCMs已经能够真实地再现与ENSO相关的海气变量年际异常的时空结构及演变,这些在耦合模式国际比较计划第6阶段(Coupled model intercomparison project phase 6,CMIP6)模拟中已得到清晰体现上。目前我国不同科研机构和业务单位已发展了CGCMs,其中较为成熟和广泛应用并有大量成果公开发表的CGCMs包括中国科学院大气物理研究所、自然资源部第一海洋研究所和中国气象局等所研发的CGCM系统。经过长期不懈的努力,目前这些CGCMs无须进行偏差或通量校正已能成功地应用于气候模拟、预测和预估等,展现了其对气候平均态和多尺度气候变率等方面数值模拟的良好性能。例如,这些CGCMs对ENSO现象的表征能力已有极大的改进和提高,已广泛应用于ENSO模拟和预测应用之中。然而,目前基于CGCMs对ENSO的数值模拟和预测仍存在着较大的不确定性和模式间差异性。本文将评估这些CGCMs对ENSO模拟的现状和未来发展方向,指出CGCMs所存在的问题和需要改进之处。这些分析和评估为未来ENSO数值模拟和预测的改进和发展提供了有价值的科学指导。 展开更多
关键词 厄尔尼诺-南方涛动(enso) 海气相互作用 耦合环流模式(CGCMs) enso模拟性能 模拟偏差和不确定性
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深度学习在ENSO预测中的应用研究 被引量:1
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作者 方巍 付海燕 罗京佳 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期429-437,共9页
厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方... 厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)是自然界气候变化中年际变化最显著的异常信号。ENSO会在全球范围内引发天气和气候异常,由此造成的自然灾害给人类生命和财产安全带来了巨大危害。随着人工智能的发展,ENSO预测方法已从传统方法拓展到了深度学习技术。因此,对ENSO预测进行了较为全面的论述:概述了ENSO相关知识;回顾了传统的预测方法;介绍了深度学习模型在ENSO预测中的应用,分析了它们的优势、局限性以及改进方向;基于当前方法面临的挑战,对未来ENSO预测的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 enso预测 人工智能 深度学习 气候变化 气象灾害
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充放电振子视角下中全新世ENSO振幅减弱的机制研究
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作者 张可盈 孙婧文 谢瑞煌 《海洋气象学报》 2025年第6期71-86,共16页
利用CMIP6和PMIP4模式资料,在厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)充放电振子视角下使用线性逆模型方法提取中全新世ENSO的本征模态,对该时期ENSO振幅减弱的动力机制进行解释。研究揭示该时期ENSO振幅减弱源自于... 利用CMIP6和PMIP4模式资料,在厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)充放电振子视角下使用线性逆模型方法提取中全新世ENSO的本征模态,对该时期ENSO振幅减弱的动力机制进行解释。研究揭示该时期ENSO振幅减弱源自于ENSO本征模态增长率的减小,且与温跃层反馈和纬向平流反馈的减弱有关。结果表明:(1)温跃层的纬向坡度对赤道中太平洋纬向风应力的响应强度在中全新世秋冬季的明显减弱主导了温跃层反馈的减弱。(2)赤道东太平洋异常纬向海流对赤道中太平洋纬向风应力的响应强度在夏秋冬季的明显减弱致使纬向平流反馈减弱。这两种至关重要的正反馈减弱致使中全新世夏季出现的ENSO初始海温在秋季的发展速率变慢,进而使冬季最终的振幅减弱。(3)部分模式模拟的中全新世ENSO振幅增强则与温跃层反馈的显著增强有关,尽管纬向平流反馈仍然小幅度地减弱。 展开更多
关键词 中全新世 enso振幅减弱 充放电振子 enso本征模态 温跃层反馈 纬向平流反馈
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PDO/AMO对ENSO与前后冬东亚冬季风年际关系的年代际调制 被引量:1
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作者 钟诗雅 曾刚 +1 位作者 倪东鸿 施健 《大气科学学报》 北大核心 2025年第4期564-575,共12页
基于NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA全球海表温度资料,利用多变量经验正交函数分解、滑动相关和回归分析等方法,探讨了厄尔尼诺/南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)与前冬(11—12月)和后冬(1—3月)东亚冬季风年际关系的... 基于NCEP/NCAR全球大气再分析资料和NOAA全球海表温度资料,利用多变量经验正交函数分解、滑动相关和回归分析等方法,探讨了厄尔尼诺/南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)与前冬(11—12月)和后冬(1—3月)东亚冬季风年际关系的年代际变化,并对太平洋年代际涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)的年代际调制影响进行了分析。研究结果表明:1)ENSO对前、后冬东亚冬季风均会产生影响,但厄尔尼诺引起的偏南风异常在前冬时期更加深入到东亚北部地区,对东亚冬季风的削弱作用更强,即ENSO对前冬时期东亚冬季风的影响比后冬更加显著。2)ENSO与前、后冬东亚冬季风关系在20世纪80年代初后均发生了年代际减弱。3)由于PDO不同位相阶段正的异常高度场向副热带西太平洋发展及太平洋-北美遥相关(Pacific-North American teleconnection,PNA)模态的建立,所以在前冬与后冬时期PDO负位相时ENSO对东亚冬季风的影响更加显著。4)AMO对ENSO与东亚冬季风关系的影响仅在后冬显著,且影响局限于热带地区;相比于AMO正位相,在AMO负位相时,ENSO对后冬东亚冬季风的影响更加显著。 展开更多
关键词 前冬 后冬 东亚冬季风 enso 年际变化 年代际变化
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基于Transformer构架的海气耦合智能模型对ENSO的预测及订正 被引量:2
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作者 马天翼 智海 +1 位作者 张荣华 周路 《海洋学报》 北大核心 2025年第6期33-46,共14页
厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)作为气候系统中最强的年际变率信号,可对全球的天气和气候产生重要的影响。在全球变暖下,ENSO的演变愈发呈现出复杂、多样的特征,其模拟与预测已成为气候领域极具挑战性的课... 厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)作为气候系统中最强的年际变率信号,可对全球的天气和气候产生重要的影响。在全球变暖下,ENSO的演变愈发呈现出复杂、多样的特征,其模拟与预测已成为气候领域极具挑战性的课题。本研究引入基于Transformer架构开发的热带海气系统多变量智能预测模型——3D-Geoformer,开展ENSO预测的误差分析及订正研究。3DGeoformer模型不同于多数智能模型的仅对ENSO相关的单变量场或时间序列进行预测,实现了对热带太平洋海气系统多变量三维场的准确表征和预测,保证了ENSO预测所需物理过程的完整性。同时,本文针对3D-Geoformer模型在ENSO中存在的春季预测技巧低、赤道西太平洋海表温度(SST)预测能力较弱和极端ENSO事件预测强度偏低等问题,提出了基于经验正交分解(EOF)的季节预测误差订正技术,并应用于对3D-Geoformer预测结果的订正检验。在订正关系构建阶段,通过对1983-2009年的多变量预测场和预测误差场进行EOF分析,构建二者主成分序列间的线性关系,并用于后续误差订正。在测试阶段,利用预测场的EOF主成分系数以及与误差场主成分的线性关系,便可算出对应的预测误差场主成分,进而得到预测误差场和校正的预测场。结果显示,使用3D-Geoformer模型对赤道西太平洋海表温度预测时,预测误差在0.15℃以下;赤道中东太平洋SST预测误差缩减46.7%。通过比较EOF订正前后的3D-Geoformer模型对赤道太平洋SST预测结果的异常相关系数(ACC)的差值,结果发现,ACC的差值均有正值区,表明经过EOF订正后的模型预测准确度提高,且优化了3D-Geoformer模型在训练过程中使用第6次耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式数据引起的“冷舌偏差”问题。模型对提前12个月对2015-2016年El Ni?o的预测订正结果显示,赤道西太平洋地区SST误差控制在0.5℃以内,赤道东太平洋SST预测误差减小约75%,误差范围缩至±0.5℃以内。本研究揭示了基于EOF分解的季节预测误差订正方法在改善模式预测中的应用价值,为进一步提高智能模型预测ENSO的精度提供了新方法,也为地球科学领域相关的模拟预测、误差分析研究提供了新思路。 展开更多
关键词 enso预测 EOF统计订正 TRANSFORMER 3D-Geoformer
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南海南部珊瑚骨骼δ^(18)O和Sr/Ca对ENSO的分级响应
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作者 李若安 李旭清 陈天然 《热带海洋学报》 北大核心 2025年第4期45-55,共11页
了解珊瑚地球化学指标对不同强度和类型的厄尔尼诺—南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)事件的响应差异对重建器测前的ENSO具有重要意义。本研究提取了南海南部1950年以来的海表温度(sea surface temperature,SST)数据... 了解珊瑚地球化学指标对不同强度和类型的厄尔尼诺—南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)事件的响应差异对重建器测前的ENSO具有重要意义。本研究提取了南海南部1950年以来的海表温度(sea surface temperature,SST)数据以及来自4个地点(自西向东分别为竹岛、永暑岛、海葵园和巴拉望)已发表的珊瑚骨骼δ^(18)O和Sr/Ca序列,采用频域分析和滞后相关性分析等方法,研究了南海南部海温和珊瑚骨骼地球化学指标对不同类型和等级的ENSO事件的响应。结果表明,珊瑚骨骼地球化学指标对east Pacific(EP)-El Niño与central Pacific(CP)-El Niño的分级正确率自东向西呈现上升趋势;而对strong basin wide(SBW)-El Niño的分级正确率则呈现自东向西逐步降低的趋势;类似地,对于CP-La Niña,珊瑚骨骼地球化学指标的分级响应的正确率自东向西逐步提高;而对于EP-La Niña,则完全相反。整体上看,南海南部珊瑚骨骼地球化学指标对EP-El Niño和CP-LaNiña的分级响应能力不及SBW-ElNiño和EP-LaNiña,对强烈ENSO事件的分级响应能力优于极端ENSO事件。 展开更多
关键词 南海南部 enso 珊瑚 Sr/Ca δ^(18)O 分级响应
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黄河故道区气温变化的多尺度特征、趋势预测及对ENSO事件的响应
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作者 张曼 任晓娟 +6 位作者 单燕祥 王靖钰 李国栋 孙雪健 赵晴涛 王龙升 龚云飞 《河南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期505-517,共13页
在全球气候变化加速背景下,中国增温率高于全球平均水平,凸显出区域气温变化的复杂性,尤其是像黄河故道区这样的地区,既是气候变化敏感地带,又是重要产粮基地,其气候变化直接影响农业生产安全.基于黄河故道区1951-2021年39个气象站点的... 在全球气候变化加速背景下,中国增温率高于全球平均水平,凸显出区域气温变化的复杂性,尤其是像黄河故道区这样的地区,既是气候变化敏感地带,又是重要产粮基地,其气候变化直接影响农业生产安全.基于黄河故道区1951-2021年39个气象站点的气温资料,采用M-K突变检验、Morlet小波分析、R/S分析和EOF分析等多种方法,分析了该区域近70 a气温变化特征,并通过交叉小波变换与小波相干分析探讨了气温与ENSO现象之间的时序响应机制.研究结果表明:过去70 a,黄河故道区气温整体呈上升趋势,99%置信水平下增温率为0.24℃/(10 a),虽发生波动,但未发生明显突变.气温波动显现出复杂的周期性结构,主要周期约为6、9和31 a.年平均气温存在显著Hurst现象,持续以往升温趋势,平均循环长度为7 a.从空间格局看,年气温场表现出2种主要模态,EOF1显示了整个黄河故道区气温变化的一致性特征;EOF2则揭示出大致以夏邑-砀山-丰县为界,东西两侧气温反相位变化的空间分布特征.对ENSO的响应分析表明,黄河故道区年平均气温与ENSO存在多时间尺度的相关性,且相关性表现出一定的时间滞后.研究结果可为黄河故道区制定科学有效的气候变化应对方案提供理论依据. 展开更多
关键词 气温 多尺度特征 趋势预测 enso事件 黄河故道区
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ENSO对中国中东部不同季节太阳能资源的可能影响
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作者 袁心仪 耿新 +3 位作者 张敏 王博妮 孙明 夏新露 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第4期402-414,共13页
作为最重要的可再生清洁能源之一,太阳能资源受到气候因子的显著影响。本文利用1979~2023年英国Hadley中心逐月海表温度和欧洲中期天气预报中心第5代逐月大气再分析资料,采用相关、回归和合成等方法,研究了ENSO对中国中东部不同季节太... 作为最重要的可再生清洁能源之一,太阳能资源受到气候因子的显著影响。本文利用1979~2023年英国Hadley中心逐月海表温度和欧洲中期天气预报中心第5代逐月大气再分析资料,采用相关、回归和合成等方法,研究了ENSO对中国中东部不同季节太阳总辐射(TotalSolarIrradiation,TSI)的影响特征,并探讨了这种影响的可能物理机制。结果表明,我国中东部TSI存在显著的年际变率,与ENSO事件息息相关。在ElNiño发展期夏秋季,我国中东部TSI异常总体呈“华北多华南少”的南北偶极型分布;成熟期冬季TSI整体偏少,大值区位于华南地区;衰减期春季则呈现“华东少、西南多”的东西偶极型分布;衰减期夏季主要表现为长江中上游地区的显著偏少。当La Niña发生时,各季节TSI异常分布与El Niño年基本相反,但强度较弱,表现出一定的ENSO影响非对称性。进一步研究表明,ENSO对我国中东部不同季节TSI的影响主要与ENSO相关的环流和水汽异常引起的总云量变化对太阳直接辐射的反射作用有关。本研究对于太阳能光伏发电潜能预测以及预期收益评估等问题具有重要意义。 展开更多
关键词 enso 太阳总辐射 总云量 大气环流
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2017~2018年观测的不同ENSO状态下太平洋北赤道逆流源区水文特征与机制
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作者 于晓彤 周慧 +3 位作者 刘雪琪 杨文龙 刘恒昌 刘娟 《海洋与湖沼》 北大核心 2025年第3期516-532,共17页
北赤道逆流(North Equatorial Countercurrent,NECC)作为热带太平洋环流系统的重要组成部分,深刻影响着热带太平洋的海气相互作用及全球气候变化。因此,深入理解NECC的结构及其变异,对于理解厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Os... 北赤道逆流(North Equatorial Countercurrent,NECC)作为热带太平洋环流系统的重要组成部分,深刻影响着热带太平洋的海气相互作用及全球气候变化。因此,深入理解NECC的结构及其变异,对于理解厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的演变、提高气候模式的模拟和预测能力具有重要意义。使用赤道西太平洋130°E断面获取的水文观测数据,结合卫星高度计数据和再分析数据,分析了2017/18弱拉尼娜事件和2018/19弱厄尔尼诺事件期间赤道西太平洋源区NECC的温盐流特征及变异机制。研究发现,在2017/18弱拉尼娜事件期间,源区NECC的年际变异与传统认知存在较大差异,表现为输运量显著增加且流轴向南偏移,其机制在于,观测期间哈马黑拉涡(Halmahera Eddy,HE)异常强劲,并且其中心位置向西北偏移,产生很大影响。在此期间,HE以东向和东北向流动主导的北分支与NECC叠加在一起,使得NECC的流量和流轴都表现出与传统认知相反的变化特征。在2018/19弱厄尔尼诺事件期间,源区NECC输运进一步增强,达到(4.0~4.5)×10^(7)m^(3)/s,接近其月平均气候态输运的2倍,此现象与该海域温跃层深度的经向梯度增强及HE增强密切相关。水团分析表明,2次事件中NECC源区水团特征及分布也呈现异常显著的差异,表现为在2018/19弱厄尔尼诺事件期间,南太平洋热带水(South Pacific Tropical Water,SPTW)向北入侵异常强劲,入侵纬度达到6°N附近,且盐度极值可达到35.4;而在2017/18弱拉尼娜事件中,SPTW北向入侵限制在5°N以南,且盐度降低至35.1。上述水团的差异主要受2次事件中海洋环流的影响:由于2018/19观测期间新几内亚沿岸流/潜流和异常强劲的HE共同作用,导致SPTW的跨赤道输运异常强劲。研究结果表明,西太NECC源区海洋环流和水团的年际变异在不同ENSO位相期间存在显著差异,局地涡旋的变异起着非常重要的调制作用;同时,弱ENSO事件期间该海域的变化与常规ENSO事件也存在较大差异。上述结果为深化ENSO多样性对西太平洋环流影响的认知及提升数值模式在该海域的模拟精度提供了宝贵的观测支撑和重要参考。 展开更多
关键词 北赤道逆流 enso 哈马黑拉涡 跨赤道输运
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1980年以来ENSO事件对湟水谷地气候的影响
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作者 张子谦 刘峰贵 +2 位作者 周强 支泽民 王郁晗 《高原科学研究》 2025年第3期59-73,共15页
该研究使用湟水谷地内8个气象站点的日降水量和气温数据,结合ENSO事件的ONI指数,通过时间序列分析、小波分析和谱分析等方法探析1980年至2022年间ENSO事件对湟水谷地降水与气温的影响。结果表明:El Nino和La Nina事件对湟水谷地的气候... 该研究使用湟水谷地内8个气象站点的日降水量和气温数据,结合ENSO事件的ONI指数,通过时间序列分析、小波分析和谱分析等方法探析1980年至2022年间ENSO事件对湟水谷地降水与气温的影响。结果表明:El Nino和La Nina事件对湟水谷地的气候均产生显著影响,其中,El Nino事件通常会导致湟水谷地的降水量减少,特别是在春季和夏季;而La Nina事件则相反。此外,El Nino事件期间该地区的气温普遍低于平均水平,尤其在春季和冬季;在La Nina事件期间,气温则高于平均水平,特别是在夏季和秋季。研究发现,La Nina期间比El Niño期间暖昼日数和极端降水事件的发生频率均较高。 展开更多
关键词 青藏高原 enso 湟水谷地 气候变化 T检验 谱分析
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ENSO准周期运动的初步理论分析 被引量:1
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作者 陈茂强 刘春 +3 位作者 陈泓吾 张凤鸣 赵云龙 宁子硕 《海洋气象学报》 2025年第2期99-117,共19页
以一阶近似地转效应的浅水方程为基础,通过多尺度和摄动近似的方法,分析低纬海气耦合系统的非线性开尔文(Kelvin)波和罗斯贝(Rossby)波的相互作用。研究结果表明:(1)在没有风应力作用时,耦合波振幅较小,Kelvin波和Rossby波的振幅呈准周... 以一阶近似地转效应的浅水方程为基础,通过多尺度和摄动近似的方法,分析低纬海气耦合系统的非线性开尔文(Kelvin)波和罗斯贝(Rossby)波的相互作用。研究结果表明:(1)在没有风应力作用时,耦合波振幅较小,Kelvin波和Rossby波的振幅呈准周期变化,这种准周期变化是两种类型波各自的扭结效应和二者的非线性效应共同作用的结果。(2)在有风应力作用时,Kelvin波呈准周期振荡,Rossby波呈非周期振荡,这种准周期与非周期振荡的叠加效应体现了厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)周期性不强的准周期振荡特征。(3)在ENSO运动中,Kelvin波和Rossby波一直存在,由于相互的非线性作用,二者在不同阶段体现出不同的状态,总体为:蛰伏(酝酿)→增长→衰减→蛰伏(酝酿)。 展开更多
关键词 KELVIN波 ROSSBY波 准周期运动 物理机制 enso
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ENSO与东亚地区平流层臭氧的联系及其影响机制
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作者 李永炽 徐峰 +1 位作者 陈彦希 徐思艺 《海洋气象学报》 2025年第4期31-44,共14页
东亚是最具发展潜力、合作潜力的地区之一,厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)作为影响平流层臭氧的年际气候异常信号,研究其对东亚地区平流层臭氧的影响具有科学和社会意义。采用1979-2021年HadISST数据集和ERA5再... 东亚是最具发展潜力、合作潜力的地区之一,厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)作为影响平流层臭氧的年际气候异常信号,研究其对东亚地区平流层臭氧的影响具有科学和社会意义。采用1979-2021年HadISST数据集和ERA5再分析资料,探讨ENSO与东亚地区平流层臭氧的联系及其影响机制。结果表明:(1)ENSO主要影响东亚地区平流层低层臭氧含量与分布,其与平流层低层25°~30°N、70°~120°E范围的臭氧含量呈显著正相关。(2)ENSO通过产生的Rossby波活动异常影响东亚地区平流层,其导致的Rossby波活动异常以平流层低层影响为主,正相位在低纬度伴随Rossby波上传,并通过由热带中东太平洋至东亚地区的西北向波通量异常影响东亚地区。波活动使得东亚地区的大气进行经向移动和垂直运动,导致此区域臭氧含量与分布异常。(3)研究发现ENSO与东亚地区平流层臭氧的关系在1979—2021年存在年代际变化,其原因是2个时期臭氧和海面温度在空间上的关联形态发生改变。 展开更多
关键词 enso 平流层臭氧 ROSSBY波 东亚
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The 3D-Geoformer for ENSO studies:a Transformer-based model with integrated gradient methods for enhanced explainability 被引量:2
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作者 Lu ZHOU Rong-Hua ZHANG 《Journal of Oceanology and Limnology》 2025年第6期1688-1708,共21页
Deep learning(DL)has become a crucial technique for predicting the El Niño-Southern Oscillation(ENSO)and evaluating its predictability.While various DL-based models have been developed for ENSO predictions,many f... Deep learning(DL)has become a crucial technique for predicting the El Niño-Southern Oscillation(ENSO)and evaluating its predictability.While various DL-based models have been developed for ENSO predictions,many fail to capture the coherent multivariate evolution within the coupled ocean-atmosphere system of the tropical Pacific.To address this three-dimensional(3D)limitation and represent ENSO-related ocean-atmosphere interactions more accurately,a novel this 3D multivariate prediction model was proposed based on a Transformer architecture,which incorporates a spatiotemporal self-attention mechanism.This model,named 3D-Geoformer,offers several advantages,enabling accurate ENSO predictions up to one and a half years in advance.Furthermore,an integrated gradient method was introduced into the model to identify the sources of predictability for sea surface temperature(SST)variability in the eastern equatorial Pacific.Results reveal that the 3D-Geoformer effectively captures ENSO-related precursors during the evolution of ENSO events,particularly the thermocline feedback processes and ocean temperature anomaly pathways on and off the equator.By extending DL-based ENSO predictions from one-dimensional Niño time series to 3D multivariate fields,the 3D-Geoformer represents a significant advancement in ENSO prediction.This study provides details in the model formulation,analysis procedures,sensitivity experiments,and illustrative examples,offering practical guidance for the application of the model in ENSO research. 展开更多
关键词 Transformer model 3 D-Geoformer El Niño-Southern Oscillation(enso)prediction explainable artificial intelligence(XAI) integrated gradient method
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Impacts of the annual cycle of background SST in the tropical Pacific on the phase and amplitude of ENSO
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作者 Song Jiang Congwen Zhu Ning Jiang 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 2025年第1期12-17,共6页
The dominant annual cycle of sea surface temperature(SST)in the tropical Pacific exhibits an antisymmetric mode,which explains 83.4%total variance,and serves as a background of El Niño-Southern Oscillation(ENSO).... The dominant annual cycle of sea surface temperature(SST)in the tropical Pacific exhibits an antisymmetric mode,which explains 83.4%total variance,and serves as a background of El Niño-Southern Oscillation(ENSO).However,there is no consensus yet on its anomalous impacts on the phase and amplitude of ENSO.Based on data during 1982-2022,results show that anomalies of the antisymmetric mode can affect the evolution of ENSO on the interannual scale via Bjerknes feedback,in which the positive(negative)phase of the antisymmetric mode can strengthen El Niño(La Niña)in boreal winter via an earlier(delayed)seasonal cycle transition and larger(smaller)annual mean.The magnitude of the SST anomalies in the equatorial eastern Pacific can reach more than±0.3◦C,regulated by the changes in the antisymmetric mode based on random sensitivity analysis.Results reveal the spatial pattern of the annual cycle associated with the seasonal phase-locking of ENSO evolution and provide new insight into the impact of the annual cycle of background SST on ENSO,which possibly carries important implications for forecasting ENSO. 展开更多
关键词 Annual cycle SST anomaly Antisymmetric mode enso
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