PNAS | 福建師范大學方克艷團隊在PNAS發表重要研究進展！

厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是熱帶太平洋最強的年際海氣相互作用現象，對全球氣候、生態系統和人類社會產生深遠影響。準確預測ENSO可為政策制定者提供應對氣候異常的機會，從而減輕這一自然現象帶來的負面社會經濟影響。然而，ENSO在北半球春季表現出最弱的可預測性，這一現象被稱為“春季可預測性屏障”（SPB）。SPB的產生源于春季海氣耦合較弱，限制了ENSO信號的增長和持續性。因此，改善春季預測需要識別與對流變率最相關的海洋區域。

2026年3月16日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表了福建師范大學方克艷教授團隊完成的題為《Identifying key convection-sensitive oceanic regions to weaken the ENSO spring predictability barrier》的研究論文。

研究團隊引入了一個全新的“海溫范圍指數”（SRI），用以量化有利于對流的海表溫度空間范圍。通過這一指數，他們發現東中太平洋超過26°C和大西洋東部超過28.5°C的區域在春季對激發持續性強對流至關重要。這些對流敏感區域的擴展通過調節沃克環流，增強了Bjerknes反饋，為ENSO演變提供了有效預測因子。研究表明，太平洋26°C等溫線范圍在春季的變化能夠解釋后續冬季Ni?o 3.4指數44%的方差，而大西洋28.5°C等溫線范圍則顯示出36%的預測能力，這一表現優于傳統的基于海溫異常的ENSO預測指標。

通過偏相關分析，研究團隊證實了SRI在排除傳統ENSO指數影響后，仍與后續ENSO演變保持顯著相關，說明其捕獲了獨立的物理信息。在ENSO不同類型事件中，SRI表現出獨特的空間演變特征：東太平洋型厄爾尼諾期間，26°C等溫線主要在赤道東太平洋擴張；而中太平洋型厄爾尼諾期間，等溫線擴張發生在離赤道較遠的區域。對于多年型拉尼娜事件，28.5°C等溫線在熱帶大西洋的擴張范圍更為明顯。

研究揭示了SRI影響ENSO發展的物理機制。較大的太平洋SRI與26°C對流閾值以上海溫范圍的擴張相關，促進更廣泛和持續的大氣對流，增強的對流進而調節地面風場，產生穿越熱帶太平洋的赤道對稱西風異常。這些西風異常抑制沃克環流，有利于厄爾尼諾事件的發生和發展。相反，大西洋28.5°C SRI增強熱帶大西洋局地深對流，誘導東太平洋東風異常，驅動暖水西輸并冷卻東太平洋，從而有利于拉尼娜發展。

基于這些發現，研究團隊構建了包含春季太平洋-大西洋SRI差異的長短期記憶（LSTM）深度學習預測模型。該模型在2001-2022年測試期間對冬季Ni?o 3.4指數的預測相關系數達到0.78，顯著優于僅使用傳統預測因子的模型（0.72）。SHAP解釋框架分析表明，SRI是LSTM模型中貢獻最大的預測因子。模型成功預測了1950-2022年間24次厄爾尼諾事件中的21次和21次拉尼娜事件中的20次，特別是在多年型拉尼娜事件預測上表現優異，平均絕對誤差僅為0.37。

該研究引入的SRI通過量化海溫范圍變化，揭示了東中太平洋26°C和大西洋28.5°C以上區域是ENSO預測的關鍵區域。對流敏感海溫范圍的擴展增強了對流驅動的海氣耦合，包括Bjerknes反饋，促進了ENSO事件的發生和發展，其預測能力優于傳統的基于海溫異常的ENSO指標。基于SRI構建的LSTM預測模型有效捕獲了關鍵的海溫異常和反饋機制，顯著改善了對ENSO事件的預測，特別是多年型拉尼娜事件，為克服ENSO春季可預測性屏障提供了新的研究思路和實用方法。

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