王 琳 張燦影 於維櫻 馮志綱 張曉琨 汪嘉寧**，

（1．中國科學(xué)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(dòng)（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）是熱帶太平洋附近的風(fēng)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(dòng)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(shí)會(huì)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(dòng)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(fù)雜的異常氣候現(xiàn)象與全球范圍內(nèi)的洪水、颶風(fēng)、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(zāi)難［2-4］。在 1900—2016年期間科學(xué)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(yán)重的 ENSO事件［5］。這些事件給當(dāng)?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(huì)因?yàn)檫b相關(guān)的作用影響其他內(nèi)陸地區(qū)［6］。2015／16年史上最強(qiáng)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(zāi)害顯著增多。根據(jù)糧農(nóng)組織的研究報(bào)告，ENSO事件增加了部分地區(qū)暴雨和洪水泛濫的風(fēng)險(xiǎn)，另一些地區(qū)則是降雨減少，干旱風(fēng)險(xiǎn)增加，嚴(yán)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(yán)重的干旱，對依賴農(nóng)業(yè)和牲畜的家庭的生計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，導(dǎo)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(zāi)，美國南部和南美洲的降水量激增，暴風(fēng)雨和大洪水的災(zāi)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(fēng)暴的襲擊。而到了冬季，美國東部等地則很可能遭遇嚴(yán)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(shí)間延長。世界各國也越來越重視ENSO這一科學(xué)現(xiàn)象及其所帶來的影響。科學(xué)家們利用先進(jìn)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(yù)報(bào)模型、海洋觀測和衛(wèi)星偵察、海洋大氣耦合等科研活動(dòng)，不斷深化對這種氣候異?，F(xiàn)象的認(rèn)識，加強(qiáng)對ENSO引起的異常天氣的預(yù)測。目前，秘魯已經(jīng)成功地將厄爾尼諾預(yù)測應(yīng)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(yù)測中受益，受益程度則取決于氣候預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。而在熱帶地區(qū)之外的許多國家，如日本和美國，更準(zhǔn)確地預(yù)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(diǎn)，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(xiàn)計(jì)量學(xué)分析，對ENSO的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜合分析，以便為ENSO研究的海洋事務(wù)提供參考。

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

近些年來，世界氣候研究計(jì)劃WCRP、全球海洋觀測系列計(jì)劃GOOS以及熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計(jì)劃（TPOS 2020）等國際研究計(jì)劃都對 ENSO的相關(guān)研究進(jìn)行了重點(diǎn)部署。歐盟國家和美國、加拿大等海洋強(qiáng)國分別資助和開展了與ENSO研究相關(guān)的多個(gè)研究計(jì)劃，中國也參與其中。這些計(jì)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(biāo)都是想揭秘ENSO機(jī)制，以期實(shí)現(xiàn)對ENSO的準(zhǔn)確預(yù)測。

1．1 全球性計(jì)劃

1．1．1 世界氣候研究計(jì)劃WCRP

世界氣候研究計(jì)劃（World Climate Research Programme，WCRP）由世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）與國際科學(xué)聯(lián)合會(huì)（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(jì)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(gè)計(jì)劃，是“世界氣候計(jì)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(gè)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(diǎn)關(guān)注時(shí)間尺度為數(shù)周到數(shù)十年的氣候變化，其目標(biāo)主要包括兩個(gè)方面：一是氣候的可預(yù)報(bào)程度，二是人類活動(dòng)對氣候的影響［9］。

目前WCRP開展了四個(gè)主要方向的核心研究計(jì)劃：氣候和冰凍圈計(jì)劃（CliC）、氣候變率及其可預(yù)測性計(jì)劃（CLIVAR）、全球能量與水交換（GEWEX）計(jì)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(yù)測性計(jì)劃的研究重點(diǎn)就包含ENSO研究。該計(jì)劃于1995年在熱帶海洋和全球大氣計(jì)劃（TOGA）和世界海洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)（WOCE）的成功基礎(chǔ)上啟動(dòng)，持續(xù)至今。其目標(biāo)是進(jìn)一步了解海洋和氣候，重點(diǎn)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(xué)和生物物質(zhì)的變化，尤其是世界季風(fēng)環(huán)流年循環(huán)強(qiáng)度的預(yù)報(bào)及海洋與其相互的變率。其研究重點(diǎn)包括：①年代際氣候變率和可預(yù)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(rèn)知和預(yù)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(yù)測性、影響和在氣候變暖這一當(dāng)前背景下的遙相關(guān)作用等方面都取得了重要進(jìn)展。

WCRP開展的具體研究計(jì)劃中涉及ENSO研究的計(jì)劃按照時(shí)間順序主要包括：

1）熱帶海洋與全球大氣試驗(yàn)（Tropical Ocean＆Global Atmosphere，TOGA）：TOGA是一個(gè)歷時(shí)10年的世界氣候研究子計(jì)劃（1985—1994），旨在預(yù)測長達(dá)數(shù)月或數(shù)年的氣候現(xiàn)象。其目標(biāo)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(xué)基金與美國國家航天航空局給予資金資助。中方的合作機(jī)構(gòu)是NOAA，由南海分局負(fù)責(zé)組織實(shí)施，10年間連續(xù)進(jìn)行了8個(gè)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(dòng)、季風(fēng)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(fēng)、越赤道氣流的維持、季風(fēng)變化、年際變化及其與南方濤動(dòng)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(fēng)活動(dòng)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(fēng)應(yīng)力場的關(guān)系；⑤由區(qū)域性表面風(fēng)應(yīng)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(dòng)的響應(yīng)、海面潛熱變化對南方濤動(dòng)的響應(yīng)以及大氣對海洋熱源的異常響應(yīng)等。TOGA計(jì)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(yù)測到厄爾尼諾現(xiàn)象。

2）ENSO模擬比對項(xiàng)目（ENSIP）：ENSIP是一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)研究組（NEG1）、氣候變率及其可預(yù)測性計(jì)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(fēng)應(yīng)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(gè)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(shí)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(biāo)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(fēng)強(qiáng)度波動(dòng)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(jìn)，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(fēng)強(qiáng)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(yù)測工作組）在1996年發(fā)起的研究計(jì)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(diǎn)和缺點(diǎn)。STOIC是 ENSIP（WGSIP另一個(gè)項(xiàng)目）的補(bǔ)充，ENSIP項(xiàng)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(diǎn)從24個(gè)模型中收集包含熱帶海表面溫度、表面風(fēng)應(yīng)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(jìn)行了季節(jié)和年際時(shí)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(xué)委員會(huì)（IOC）、世界氣象組織、國際科學(xué)聯(lián)合會(huì)理事會(huì)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署共同發(fā)起并組織實(shí)施的一個(gè)全球性項(xiàng)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(gè)關(guān)鍵主題：氣候、運(yùn)營服務(wù)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(rèn)識決定大洋環(huán)流的物理和生物地球化學(xué)過程及其對碳循環(huán)的影響，以及大洋對數(shù)十年時(shí)間尺度氣候變化的影響，并提供預(yù)報(bào)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(xué)實(shí)時(shí)觀測陣）全球海洋溫度／鹽度浮標(biāo)陣列（2000年實(shí)施至今）是 GOOS中一個(gè)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(jì)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(shí)驗(yàn)（WOCE，世界氣候研究計(jì)劃 WCRP的一部分）。WOCE計(jì)劃需要收集整個(gè)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(xué)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(biāo)使用John Swallow在20世紀(jì)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(dāng)上升到水面時(shí)，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(jì)劃接近結(jié)束時(shí)，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(xué)家進(jìn)一步探討了利用剖面浮標(biāo)監(jiān)測海洋的潛力，并籌劃推出了大型海洋觀測計(jì)劃Argo。Argo計(jì)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(yīng)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(yàn)（GODAE）等大型國際觀測和研究計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，為如何進(jìn)行國際合作、開發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及改變科學(xué)家收集數(shù)據(jù)的方式等提供了思路和方法。Argo計(jì)劃目前在全球大洋中每隔300公里布放一個(gè)剖面浮標(biāo)，總計(jì)有3900多個(gè)，組成了一個(gè)龐大的Argo全球海洋觀測網(wǎng)，加速推進(jìn)了對全球大洋的觀測。Argo的設(shè)計(jì)需要隨著技術(shù)和需求的變化而調(diào)整，并逐步實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，包括極地和邊緣海，以便通過快速、準(zhǔn)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?yàn)?zāi)害的預(yù)測能力并提高氣候預(yù)報(bào)的精度。目前，Argo布放的剖面浮標(biāo)情況如圖 1所示［12］。

Argo計(jì)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?yàn)?zāi)害（如洪水、干旱等）的預(yù)報(bào)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(fēng)驅(qū)動(dòng)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(jì)劃，希望依托該計(jì)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(gè)Argo剖面浮標(biāo)，目前有106個(gè)仍在海上正常工作［13］。

圖1 Argo布放的剖面浮標(biāo)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(yán)重退化，給ENSO的預(yù)測工作帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。因此，2014年，美國提出了熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計(jì)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(jì)劃將于2020年完成，旨在提升和重新設(shè)計(jì)熱帶太平洋的國際觀測系統(tǒng)，提高對ENSO的預(yù)測能力，并進(jìn)一步認(rèn)知和預(yù)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(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域的全球影響。

2016年8月，TPOS 2020發(fā)布《TPOS 2020初次報(bào)告》。報(bào)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(jì)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(jìn)，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(jī)制、太平洋邊界區(qū)域，以及生物地球化學(xué)（特別是海-氣碳通量）。TPOS 2020針對矢量風(fēng)、海表面溫度（SST）等多種觀測目標(biāo)的監(jiān)測方法和技術(shù)提出了22個(gè)建議，以及“維持或恢復(fù)布放在西太平洋2°S-2°N之間的六個(gè)TMA站點(diǎn)”等多個(gè)具體實(shí)施措施［14］。

1．1．4 歐盟資助計(jì)劃

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

2005年由德國馬普學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展并完成的“全新世期間厄爾尼諾-南方濤動(dòng)現(xiàn)象的歷史重構(gòu)和建?！保≧ECOMENTH）項(xiàng)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(yù)測能力。

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

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

1．2 各國研究計(jì)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(qiáng)調(diào)了ENSO研究和預(yù)測的重要性。

美國國家研究委員會(huì)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(huì)需求的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（Critical Infrastructure for Ocean Research and Societal Needs in 2030）》報(bào)告，確定了在 2030年可能處于海洋科學(xué)前沿且需要解決的若干重大科學(xué)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(bào)告提出，未來對ENSO問題的研究很可能把重點(diǎn)放在持續(xù)的觀察和分析上，以改進(jìn)預(yù)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(shí)驗(yàn)室（PMEL）、地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（GFDL）、地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室（ESRL）和氣候預(yù)測中心都開展了跟厄爾尼諾有關(guān)的一系列科研活動(dòng)，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(gè)氣候計(jì)劃是通過布設(shè)在赤道太平洋的熱帶大氣海洋浮標(biāo)陣列（TAO），提高了對厄爾尼諾的描述、理解和預(yù)測。NOAA氣候預(yù)測中心目前經(jīng)常使用Tao-Triton數(shù)據(jù)進(jìn)行ENSO預(yù)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(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yīng)，幫助預(yù)測其在未來如何變化；大力發(fā)展ENSO模型和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，除了高品質(zhì)模型，還通過全球觀測網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的耦合數(shù)據(jù)同化方法等，改善對ENSO的預(yù)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(xué)與技術(shù)規(guī)劃”將一個(gè)研究目標(biāo)定為改善澳大利亞的氣候變化預(yù)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(yù)測ENSO引起的氣候變化。此外，澳大利亞國家科學(xué)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(dòng)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(yù)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(shí)為制定相關(guān)戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)［19］。

英國國家海洋學(xué)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(jī)構(gòu)，分別針對ENSO部署了多個(gè)研究項(xiàng)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(diǎn)項(xiàng)目［20］。

1．3 中國研究計(jì)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(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）和國家自然科學(xué)基金都資助了多個(gè)研究項(xiàng)目，對ENSO相關(guān)的課題進(jìn)行不同層次的研究，具體項(xiàng)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(jì)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(jī)理和氣候效應(yīng)”（973計(jì)劃，2012—2016）［22］，以及“關(guān)于季風(fēng)與 ENSO循環(huán)相互作用的研究”（國家自然科學(xué)基金“九五”重點(diǎn)項(xiàng)目，1996—2000）［23］、“ENSO的變異機(jī)理和可預(yù)測性研究”（國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)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(xué)基金項(xiàng)目。這些項(xiàng)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(jìn)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(yù)報(bào)性，揭示東亞季風(fēng)、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(jī)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(yīng)和反饋以及ENSO可預(yù)測性等方面展開研究，從厄爾尼諾事件的發(fā)生發(fā)展機(jī)制到其對全球氣候的影響再到對ENSO事件的預(yù)報(bào)進(jìn)行了相關(guān)部署與推進(jìn)。其中，ENSO的變異機(jī)制和預(yù)測是研究的重點(diǎn)。

1．4 比較分析

通過對與ENSO研究相關(guān)的全球研究計(jì)劃與各國研究計(jì)劃進(jìn)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(jìn)展，隨著2000年以后Argo計(jì)劃、TPSO2020計(jì)劃等全球性觀測計(jì)劃的實(shí)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?yàn)?zāi)害以及極端氣候事件的預(yù)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(gè)國家或地區(qū)，想要提升對ENSO事件的預(yù)測必須依靠國際合作，依托全球性的研究計(jì)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(jìn)步。所以，目前已經(jīng)有30個(gè)國家加入了Argo計(jì)劃，這些國家都贊同建立全球浮標(biāo)陣列的目標(biāo)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(gè)國際研究計(jì)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(gè)與ENSO研究相關(guān)的計(jì)劃，基本都側(cè)重于對厄爾尼諾事件的機(jī)制和影響研究，以為了實(shí)現(xiàn)對ENSO事件的有效預(yù)測。

2 研究熱點(diǎn)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(diǎn)，使用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對ENSO研究論文進(jìn)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(shí)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(xué)與大氣科學(xué) （4856篇）、綜合地球科學(xué)（1621篇）、海洋學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)、海洋與淡水生物學(xué)和多學(xué)科科學(xué)等眾多學(xué)科。

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

2．2 研究熱點(diǎn)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(jìn)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?？梢悦黠@看出，ENSO研究有4個(gè)研究熱點(diǎn)（圖2），分別是：1）ENSO的機(jī)制研究和其所導(dǎo)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(fēng)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(zāi)害的影響（藍(lán)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(dòng)、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(jī)理和可預(yù)測性研究（黃色板塊），關(guān)鍵詞包括赤道、溫躍層、風(fēng)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(jìn)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(shí)驗(yàn)、氣候模式和預(yù)測等。

通過分析研究論文的關(guān)鍵詞得到的ENSO研究熱點(diǎn)與全球的ENSO研究計(jì)劃部署情況是相對應(yīng)的。對于 ENSO的機(jī)制，Timmermann等［25］研究了ENSO氣候模式的時(shí)空復(fù)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(dòng)，但它的動(dòng)態(tài)涉及到一系列廣泛的過程，這些過程在時(shí)間尺度上相互作用，研究者通過分析ENSO的模式、振幅和時(shí)間演變的多樣性探討了ENSO的發(fā)生和演變機(jī)制。對于ENSO造成的災(zāi)害，Varikoden等［26］研究了ENSO對印度不同地區(qū)干旱災(zāi)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(xué)條件和海岸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)ENSO導(dǎo)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(rèn)為全球變暖將增強(qiáng)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(yù)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(yīng)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(gè)重點(diǎn)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)行研究，探討了ENSO導(dǎo)致的水動(dòng)力條件變化對該種生態(tài)災(zāi)害的影響。

3 展望

ENSO不僅影響全球氣候，還對全球的經(jīng)濟(jì)、政治、文化等各個(gè)方面都有深遠(yuǎn)影響。世界氣候研究計(jì)劃 WCRP、全球海洋觀測系列計(jì)劃 GOOS以及熱帶太平洋觀測系統(tǒng)2020計(jì)劃（TPOS 2020）等國際研究計(jì)劃都對ENSO的觀測系統(tǒng)、對氣候變化的影響、產(chǎn)生機(jī)制以及可預(yù)測性等相關(guān)研究進(jìn)行了重點(diǎn)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(gè)研究計(jì)劃，中國除了資助國內(nèi)的“ENSO的變異機(jī)理和可預(yù)測性研究”等重大研究項(xiàng)目，也積極參與多個(gè)相關(guān)國際計(jì)劃與項(xiàng)目。通過對ENSO研究的論文發(fā)表情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，ENSO的機(jī)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(dǎo)致的氣候?yàn)?zāi)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(diǎn)。這與國際上的ENSO研究戰(zhàn)略部署相對應(yīng)。

在戰(zhàn)略部署方面，為了應(yīng)對ENSO現(xiàn)象的不利影響，各國除了需要繼續(xù)支持和促進(jìn)ENSO相關(guān)學(xué)科研究的發(fā)展，還應(yīng)將包括ENSO預(yù)測在內(nèi)的氣候預(yù)測納入管理決策，從決策層面加快預(yù)測手段與技術(shù)的進(jìn)步。如果ENSO預(yù)測變得如常規(guī)的氣候預(yù)測那樣容易獲得，就可以提供可靠的短期、長期和超長期預(yù)報(bào)，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(jì)、科研、文化等多個(gè)方面都應(yīng)該考慮到厄爾尼諾等事件帶來的影響，完善相關(guān)的應(yīng)急預(yù)警措施和法律法規(guī)，并通過廣泛開展科普等活動(dòng)，加深普通民眾對ENSO的了解，提高民眾對ENSO導(dǎo)致的氣候?yàn)?zāi)害事件的預(yù)警和防范。

在學(xué)術(shù)研究方面，過去幾十年里，通過各種ENSO研究項(xiàng)目的陸續(xù)開展，世界各國在 ENSO的機(jī)制研究、變化、影響和預(yù)測方面都取得了長足的進(jìn)步，但是，如何科學(xué)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(jī)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(zhǔn)確地預(yù)測ENSO及其導(dǎo)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(diǎn)和難點(diǎn)，需要通過廣泛的國際合作來解決。加強(qiáng)機(jī)構(gòu)和科研人員間的交流合作、數(shù)據(jù)共享有利于ENSO預(yù)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(yù)報(bào)體系，推動(dòng)氣候預(yù)測的開展與進(jìn)步。許多國家的科學(xué)家和政府正在共同努力，設(shè)計(jì)和建立一個(gè)觀測熱帶海洋的全球體系，預(yù)測ENSO和其他不規(guī)則的氣候變化規(guī)律。