卡恩教授在布魯克林家中與孫子和孫女共度時光。照片由 Barbara Cane 提供

　　編者按：

　　中國南方又一次遭遇強降雨帶來的洪澇災害。根據應急管理部國家減災中心 6 月 11 日通報的情況，6 月 6 日-9 日南方強降雨已造成浙江、福建、廣西等南方七省區 374.2 萬人受災，32 人死亡，13 人失蹤，直接經濟損失達到 71.4 億元。

　　同一天，水利部水旱災害防御司司長田以堂在國務院政策例行吹風會上表示厄爾尼諾現象對我國防汛抗旱工作影響比較大，造成了有的地方降雨多，有的地方干旱。

　　究竟什么是厄爾尼諾？它會對包括中國在內的全球氣候造成怎樣的影響？人們是何時發現厄爾尼諾并開始對其的預測工作？在全球變暖的背景下，厄爾尼諾未來會有怎樣的發展趨勢？

　　2018 年 11 月 10 日，自然資源部第二海洋研究所副研究員連濤帶著上述問題對厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）模型的創始人馬克·卡恩進行了專訪，探討了厄爾尼諾研究的過去與未來。　　

　　撰文：連 濤

　　翻譯：張琪悅

　　校譯：楊嶺楠 連 濤

　　責編：夏志堅

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　　厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是地球氣候系統中最強烈的年際波動現象，它對全球范圍內的氣候、環境和社會經濟都會造成很大的影響。因此，三十多年以來，厄爾尼諾-南方濤動一直是海洋和大氣科學中的熱門研究話題。馬克·卡恩（Mark A. Cane）教授作為這個研究領域的先驅和權威專家之一，對理解和預測厄爾尼諾-南方濤動做出了開創性貢獻。馬克·卡恩教授來自哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球天文臺，同時也是美國國家科學院成員。在這次《國家科學評論》（以下簡稱 NSR）對他的采訪中，卡恩教授從個人視角出發，分享了對 ENSO 研究歷史和未來的看法。

　　1、ENSO 及其全球重要性

　　NSR：什么是 ENSO？這個名稱是怎么來的？

　　卡恩：ENSO 是厄爾尼諾（El Niño，EN）和南方濤動（Southern Oscillation，SO）的首字母縮寫。厄爾尼諾現在指的是東赤道太平洋變暖的現象，具體范圍是從南美海岸到國際日期變更線——涵蓋了地球四分之一周長。這個名字最初被漁民用來形容每年圣誕節之后不久，秘魯和厄瓜多爾沿海地區氣候變暖的現象。他們以圣嬰的名字 “厄爾尼諾”（西班牙語）為其命名。不過現在，這個名稱已經用來形容每兩到七年——平均每四年——發生一次的全球大范圍變暖現象。

　　南方濤動是指東熱帶太平洋和西熱帶太平洋之間大氣質量的相互運動，周期也是四年左右。由于地面氣壓可衡量物體上方空氣的質量，所以南方濤動的一個常用指數就是塔希提島和澳大利亞達爾文兩地的標準化氣壓差，這兩個地區的氣壓觀測已經連續進行了 150 多年。南方濤動是在 19 世紀末 20 世紀初發現的。印度天文臺主任吉爾伯特·沃克（Gilbert Walker）從那時就注意到南方濤動與全球氣候變化相關，尤其會影響印度的降雨。

　　但沃克完全忽略了一個事實：南方濤動與赤道東部海面溫度密切相關。在厄爾尼諾年，當海表溫度達到最高時，南方濤動指數為負極值。他沒有注意到太平洋那部分的海表溫度的變化。而我們現在已了解到海洋厄爾尼諾現象和大氣南方濤動現象是一種單一耦合現象。直到 20 世紀 60 年代，特魯普（Troup）和比約克尼斯（Bjerknes）才將兩者聯系起來。

　　“ENSO” 這個縮寫詞的起源非常神秘。它始于 20 世紀 80 年代的某個時期，正值我的職業生涯期。五年前，一位年輕同事寫信問我是否知道誰發明了這個縮寫，發明者是否了解日本符號 Ensō（圓圈）。這個符號在禪宗佛教中有很重要的地位，也經常成為書法的主題。然而，在 ENSO 用來形容氣候十多年之后，我才知道這個日本符號。我也確定起初并沒有人把 ENSO 和日本符號聯系起來，但我并不知道是誰在氣候科學領域中發明了 “ENSO”一詞。所以，我分別給多位在 ENSO 這個詞語出現時期比較活躍的學者致信問詢。兩位最有可能的創造者，吉恩·拉斯穆森（Gene Rasmusson）和喬治·費蘭德（George Philander）都說不是自己創造的（費蘭德的確創造了現在被廣泛使用的術語拉尼娜（LaNiña），意為厄爾尼諾現象的對立面——ENSO 的冷相位）。顯然，沒有人知道答案。這至今仍然是個謎。

日本符號 Enso（Kanjuro Shibata/ Wikipedia）

　　NSR：ENSO 如何影響全球氣候？

　　卡恩：你可以把大氣想象成一個熱機，動力主要來自于溫度最高的熱帶地區。溫度最高的地方可以形成對流積云熱塔，從地面 10 千米往上一直延伸到對流層的頂部。這些熱塔通過大氣發出熱浪，影響著全球從北極到南極所有地區的天氣和氣候。熱塔濃度最高的地方在“海洋大陸”（themaritimecontinent，位于印度洋和太平洋之間的區域，包括馬來西亞，菲律賓，巴布亞新幾內亞等國家）的上空及鄰近的西太平洋熱帶地區和東印度洋，這里是全球海洋中最溫暖的水域。當 ENSO 暖事件（厄爾尼諾現象）發生時，太平洋里的溫水向東擴散，強對流也隨之移動，改變了從這些熱塔輻射出的熱浪的路徑。這一運動改變了雨帶，尤其影響了亞洲和南亞的雨季，以及北美和薩赫勒地區的雨季。氣象圖顯示波列（wave trains）從熱帶太平洋開始，向南北美洲傳播。更為直接的影響是作為海洋大陸中心的印度尼西亞和澳大利亞的降雨量減少了。1982-1983 年和 1997-1998 年的厄爾尼諾事件都因加里曼丹的森林大火為人所知，大火的濃煙籠罩了東南亞大部分地區，導致新加坡、馬來西亞和印度尼西亞的機場關閉，而且引起了飛機墜毀。

　　NSR：可以列舉一些 ENSO 造成破壞性影響的例子嗎？

　　卡恩：ENSO 會擾亂全球氣候。每兩到七年赤道太平洋東部會變暖，熱帶的大氣環流也發生變化，進而引起全球環流的變化，并對社會造成重要影響。

　　發生在 1997-1998 年的強厄爾尼諾事件給秘魯和厄瓜多爾沿海地區帶來了災難性的洪水，并且導致秘魯和玻利維亞的阿爾蒂普拉諾高原、巴西東北部、印度尼西亞、新幾內亞和澳大利亞發生旱災。加里曼丹的森林大火導致東南亞地區濃煙滾滾，新加坡、馬來西亞和印度尼西亞的機場也被迫關閉，航班癱瘓。這些都是 ENSO 循環中暖位相的典型特征，也在最近的 ENSO 暖事件（2015-2016）中大量重復發生。印度、埃塞俄比亞、南非和中國遭受的干旱也是受此影響的典型事件。墨西哥南部也很容易遭受干旱，加利福尼亞則會發生破壞性的風暴，阿根廷和烏拉圭被雨水淹沒。大西洋的颶風減少，太平洋東部的颶風增多，臺風登陸中國的機會也會增加。

　　ENSO 的冷位相——當赤道太平洋東部的溫度低于平均水平時——則會產生相反的影響。比如，當 ENSO 處在冷位相時，印度幾乎不會發生旱災，而加州則容易變得干燥。

　　除了這些特殊影響，研究人員還發現 ENSO 的一些其他全球性影響。1877-1878 年的厄爾尼諾很可能是除了流行性傳染病之外最具破壞性的自然災害。它造成了中國、印度、埃塞俄比亞、巴西東北部以及其他一些地區大范圍饑荒，數千萬人因此死亡（參見邁克·戴維斯（Mike Davis）的著作《維多利亞的浩劫》（Victorian Holocausts））。我們覺得如此可怕的后果在現代世界是絕不允許發生的，但如果我們遭遇一次在如此多的地方同時產生如此嚴重的負面影響的厄爾尼諾時，我們又該如何處理？

　　從世界范圍看，在厄爾尼諾年會發生更多的戰爭沖突（參見 Hsiang 等人 2011 年Nature 文章）。這是為什么呢？因為干旱導致人們沒有足夠的食物嗎？要想知道這一問題的答案，我們必須考慮到貿易網絡和地方農作物的損失。我并不知道答案，但我認為更為重要的是生計問題：當一個原本能夠安穩耕種土地、照顧家人的農民，忽然因為厄爾尼諾所帶來的氣候災害而變得難以為繼之后，會更容易反叛。我不確定這個想法是否正確，也不知道該如何證明。這個問題就留給年輕人去解決吧。

1997 年 10 月，印尼森林大火帶來的空氣污染席卷東南亞。NASA（TOMS 衛星）

　　2、ENSO 的研究歷史

　　NSR：跟我們談談 ENSO 研究歷史上的幾個里程碑事件吧。ENSO 是從何時起在科學界受到如此多關注的？

　　卡恩：我們對 ENSO 的興趣可以追溯到 1877-1878 年印度季風的反常現象。英屬印度殖民政府——殖民政府的政策在很大程度上讓旱災演變成了饑荒——建立了一個天文臺來研究季風。在 20 世紀早期，英國政府任命著名統計學家吉爾伯特·沃克（GilbertWalker）擔任天文臺臺長。沃克意識到季風反常的原因不一定來自印度次大陸內部，而有可能與南方濤動有所聯系。他的方法完全是經驗性的，使用的是當時掌握的全球氣候數據，通過計算將季風與南方濤動關聯了起來。他發現了許多我們現在所了解的 ENSO 特征。由于當時獲取海溫數據并不容易，所以他并沒有將熱帶太平洋東部的厄爾尼諾海溫變化與南方濤動聯系起來。沃克在 20 世紀 20 年代到 30 年代期間發表了他的研究結果，而在這之后，關于 ENSO 的研究似乎停滯了。直到 20 世紀 60 年代，我前面提到的特魯普和比約克尼斯發現了厄爾尼諾和南方濤動之間的經驗性關系，重新推動了 ENSO 的研究。相比起來，比約克尼斯所做的工作更多。

　　比約克尼斯標記了赤道太平洋“正常”時的一些特征：雖然赤道海洋受到的日照大致相同，但太平洋東部的溫度比西部低 4 到 10 攝氏度。東部較冷是由于來自南太平洋的冷水的輸送，但主要還是因為赤道上升流的關系。由于溫躍層，也就是較暖的表層和寒冷深海之間突然變化的邊界，在東部更靠近表層，這種上升流可以把非常寒冷的海水拖引到表層。這些都是東信風的動力特征。而海風在某種程度上是由于海洋中的海表溫度差產生的，這導致了東部的氣壓高于西部，表面的空氣沿坡度向下流動。因此，熱帶太平洋的狀態是靠一種耦合的正反饋來維持的：東部較低的海表溫度推動更強的東風，東風反過來推動更強的上升流，使溫躍層上升得更劇烈，更快速地輸送冷水，進而使海表溫度變得更低。在那個原子能的鼎盛時期，比約克尼斯將其稱為鏈式反應。現在我們把它稱為比約克尼斯反饋。

　　比約克尼斯接著用同樣的機制解釋了厄爾尼諾現象。假設赤道東太平洋溫躍層下沉使得東部開始變暖，東-西海表溫度差減小。減小的海表溫度梯度會導致東-西海表氣壓梯度變小，信風風力減弱。而較弱的風會讓赤道東太平洋上升流進一步變弱、從而加深溫躍層的下沉，并減慢冷水的輸送。值得注意的是，這種解釋將東太平洋海表溫度和壓力梯度——也就是南方濤動——統一在一個海洋-大氣系統中。至此，我們已經了解了 “ENSO”，盡管當時還不是以這個名字命名。

　　比約克尼斯機制解釋了為什么系統有兩種有利的狀態，但沒有解釋為什么系統在兩種狀態之間振蕩。后者有賴于赤道海洋動力學，而這是在他寫文章之后的 20 年間才發展起來的。其中，關鍵的變量是溫躍層的深度，或者說，相當于溫躍層以上的暖水含量。

　　與 ENSO 相關聯的暖水層深度變化太大，不可能是與大氣交換熱量造成的。它是風驅動下的海洋動力學的結果。雖然 ENSO 循環中的海風和海溫變化是緊密聯系在一起的，但溫躍層緩慢的變化與驅動它的風并不同步。每一個振蕩都必然包含某種與其他因子并不完全同步的因子；對 ENSO 來說，這個因子就是熱帶溫躍層。

　　在這方面，海洋學家克勞斯·懷爾茨基（Klaus Wyrtki）做出了很大貢獻，他闡明了海洋在其中扮演的角色。他在整個熱帶太平洋的島嶼和環礁上都部署了潮汐測量儀，發現厄爾尼諾事件中位于溫躍層上方的暖水層在西部變淺，在東部則加深。

挪威/美國氣象學家雅各布·比約克尼斯（1897-1975）奠定了 ENSO 機制的理論基礎。（Hedvig Bjerknes/Wikipedia）

　　NSR：就我們所知，在 20 世紀 80 年代，您和您的學生開發了第一個動態 ENSO 預測模型，從那時起直到現在，這個模型一直是 ENSO 預測的基準。您能給我們講述一下這項杰出工作背后的故事嗎？

　　卡恩：發生于 1977-1978 年的厄爾尼諾事件與波士頓地區的一場暴風雪有關，而那時我正在麻省理工學院任教。那場雪讓很多麻省理工學院和哈佛大學的教職工對引起這場大雪的大氣阻塞模式產生了濃厚的興趣。阻塞似乎與太平洋的海溫模態有關，或許就是與厄爾尼諾現象有關，這便是我對 ENSO 感興趣的起因。我的學位論文工作是關于赤道海洋學的，所以這對我來說是一個值得去攻克的問題。史蒂夫·澤比亞克（Steve Zebiak）是我的第一個學生，這也成了他論文研究的問題。

　　起初我們試著做了一些非常簡單的東西，就是一個沿著赤道的一維空間模型，但它并不管用。 而且我還很快意識到一個更嚴重的問題，那就是即便我們成功了，也沒有人會相信這個簡單模型的模擬結果。模型必須足夠復雜，才能使模擬結果看起來像是厄爾尼諾。所以我們又重頭開始。

　　當時大約是 1980 年，人們對 ENSO 的發生機制完全沒有共識。比約克尼斯的想法只是眾多假設中的一個。但是克勞斯·懷爾茨基（Klaus Wyrtki）非常確定地告訴我比約克尼斯的答案是正確的，我需要仔細地去研讀比約克尼斯的工作。雖然我自己對此并不是很確定，但我還是接受了懷爾茨基的建議。我們的建模工作就是把比約克尼斯和懷爾茨基的思想轉化成方程，然后再轉化成數值模型。當然這并不簡單，費了些功夫才讓模型能夠運行。不過在 1984 年我們成功了，而且模型生成了一個非常容易識別的 ENSO 循環模擬（參見卡恩和澤比亞克在 1985 年Science文章中的配圖）。這個模型實現了懷爾茨基對于 ENSO 演變中海洋動力學的一些想法，并增加了一些赤道海洋動力學的內容。值得注意的是，模型證明盡管決定海溫變化的過程是非線性的，但支撐它的海洋動力學理論卻都是線性的。

　　在這所有的工作中，我們做了一些取舍。因為沒有足夠的計算資源來模擬海洋和大氣的平均狀態，所以我們建立了一個異常（距平）模型，其中的平均狀態是從數據中指定的。即使在 35 年后的今天，像 IPCC 氣候變化評估中使用的那些復雜模型在模擬熱帶太平洋季節循環方面仍然存在困難。我們的這一取舍現在看來是非常幸運和明智的。

　　在第一階段，我們只是模擬 ENSO，我們并沒有考慮去預測它。1984 年，我調到了拉蒙特-多爾蒂地球天文臺，史蒂夫也很快就作為博后加入了我。為了加深對 ENSO 動力學的理解，我們做了更多的工作，對論文投入了大量的時間以充分描述該模型，并展示了許多成果（參見澤比亞克和卡恩發表在 1987 年Monthly Weather Review上的文章）。

　　在 7 月 4 日（美國獨立日）周末那天，我坐在湖邊讀一篇論文，文中提到可以通過西太平洋北部熱帶地區的溫躍層深度來預測厄爾尼諾現象。我沒有仔細看其中的論點，也并不相信它，但它觸發了我的一個靈感，那就是在清楚熱帶太平洋溫躍層深度分布的情況下 ENSO 事件是有可能被預測的。畢竟，這也正是我們所理解的 ENSO 工作原理。

　　周末結束后，我回到拉蒙特和史蒂夫討論了預測 ENSO 的想法。我們馬上就決定嘗試一下。這其中的關鍵變量是溫躍層深度。我們遇到的第一個困難是根本沒有逐月的溫躍層深度（或者說，相當于熱帶地區的海平面）的觀測資料。我們當時只有一組逐月地表風的數據，是佛羅里達州立大學吉姆·奧布賴恩（Jim O’Brien）研究小組的成果。但這些數據來自商船，對風的觀測較為缺乏，大多數觀測也不準確。即使這樣，它們仍然算是當時最好的數據。利用這些數據，我們利用海洋模型，也就是耦合 ENSO 模型中的海洋部分，生成了一個溫躍層深度場。因為我們無法掌握最新的海表溫度數據，所以還根據該模型生成的數據設置了海表溫度的初始值。

　　我們決定先對 1982-1983 年的強厄爾尼諾事件進行回報。盡管這是 20 世紀最嚴重的事件，但直到 1982 秋天人們才意識到它的發生。第一次回報預測始于 1982 年 6 月，模型預報出了太平洋東部熱帶變暖，表明預測很成功。我們又回到 1982 年 3 月作為回報預測起點， 也成功了。接下來，我們先后做了 1982 年 1 月、1981 年 11 月的回報預測……預測一直都很成功，即便回溯到 1981 年 1 月，回報預測結果仍然是成功的。但這時我們在代碼中發現了一個錯誤：我們中的一個人把一月標作零月，而另一個人則標作了第一個月（我不記得哪個是我，哪個是史蒂夫了）。我們修復了這個問題，而且一切仍然有效！

　　我們又對歷史上的厄爾尼諾做了更多的回報試驗。然后在 1985 年的秋天嘗試了一次真正意義上的預測。根據預測，1986 年底將發生一次中等強度的厄爾尼諾現象。我們就預測結果寫了一篇論文，并投稿給《科學》，但論文卻被拒了。其中一位審稿人說，這個研究太重要了，也太新了，不應該以這么簡短的篇幅發表在雜志上。

　　隨著時間的推移，我們做了更多預測工作。這些預測一致性地預示在 1986 年底將出現一次中等強度的厄爾尼諾。通過分析基于 1986 年 1 月的初始條件進行的預測結果，我們確信預測是可靠的。

　　但是我們要用它來做什么呢？1982-1983 年的厄爾尼諾事件對世界上許多地方都造成了損害：秘魯沿海發生嚴重洪災，澳大利亞發生嚴重的干旱和火災風暴，摧毀了多個城鎮，加州發生風暴和泥石流，印尼的大火，等等。如果我們的預測最終被證明是錯誤的，將其公諸于眾會在世界范圍內造成不必要的恐慌，因為 1982-1983 年的災害實在是太強烈了。我們的這次預測所要強調的是 1986 年底的厄爾尼諾將會是一次比較溫和的事件，不會像 1982-1983 年那樣嚴重，但人們可能不理解其中的差異。可是如果我們是對的呢？那樣的話，人們就可以采取行動，來應對即將到來的厄爾尼諾事件。

　　我們咨詢了拉蒙特主任，他讓幾位經驗豐富的同事仔細審查了我們的工作，然后鼓勵我們繼續推進。我們向《自然》（參見卡恩，澤比亞克和多蘭在 1986 年的文章）提交了一篇論文，并召開了一個新聞發布會，來解釋我們做的預測。

　　那個時候，氣候科學家與媒體和公眾對話并不常見，許多同事也不太接受召開新聞發布會的想法。我卻正好相反。發布會前的準備工作能幫助我們清楚準確地傳達信息。

　　最后事實證明我們的預測是正確的。然而這還不足以讓同事們相信模型預測是有價值的。一直到 1991-1992 年的厄爾尼諾事件，大家才有所改觀。在 1990 年初，許多人觀察到信號表明厄爾尼諾將在年底發生。但我們的模型卻給出不同的結果，它顯示會在一年之后發生。在我們這次成功預測之后，模型預測漸漸被人們所接受。

　　在這篇 1986 年發表于 Nature 的文章中，卡恩等人提出了第一個厄爾尼諾現象預測模型。時至今日，該模型依然是厄爾尼諾預測的基本方法。

　　3、ENSO 研究的未來

　　NSR：經過幾十年的深入研究，我們對 ENSO 的物理機制和可預測性有哪些確切的了解？關于 ENSO，未來十年需要回答的最重要的問題是什么？我們會面臨什么樣的挑戰？

　　卡恩：科學從來沒有絕對確定的事情。但我認為在過去的幾十年里針對 ENSO 有了一個令人信服的理論。支撐澤比亞克-卡恩 ENSO 模型的理論基礎就是比約克尼斯和懷爾茨基的思想。

　　現在通常用金飛飛（編者注：金飛飛現為美國夏威夷大學教授，長期從事 ENSO 動力學等方面的研究）提出的上層海洋熱含量變化來解釋 ENSO 的主要原理。而金飛飛自己也表示，這一原理這在本質上與懷爾特基和我們 30 年前給出的解釋是一致的，我們的觀點經受住了時間的考驗。在過去的幾十年里，氣候科學取得的一大成就就是能夠像現在這樣去理解 ENSO，并運用先進技術開展預測。

　　當然，還有很多現象沒有被完全理解。主流的大氣-海洋耦合模型在模擬熱帶太平洋氣候態方面表現不佳，而且還沒有找到解決的辦法。這個缺點導致他們對 ENSO 本身進行了一些不切實際的模擬。

　　大概過去十年間，很多研究都集中在 ENSO 的 “類型”（flavor）上。有些事件主要發生在太平洋中部，有些則在東部，但其中的原因還不清楚。我認為 ENSO 的“類型”是個連續體而并非僅僅兩類，但至于它們之間有何區別，仍然有待了解。

　　為什么不同的 ENSO 現象對世界會產生不同程度的影響？也并不是說越強的 ENSO 就有越強的影響力。比如 1997 年的厄爾尼諾盡管較強，但印度的季風基本是正常的；2002 年的厄爾尼諾現象雖然并不嚴重，但季風卻非常弱。

　　為什么有的十年里 ENSO 變化很大，而有些卻變化很小？或者更通俗地說，太平洋的年代際變化是如何與 ENSO 相關聯的？用來解釋 ENSO 的氣候動力學思路是否也可以解釋年代際變化呢？

　　NSR：為什么實時預測 ENSO 如此困難？我們在預測 ENSO 方面還有多大的進步空間？

　　卡恩：這是一個很好的問題。這里面主要有幾個原因：

　　（1）我們現有的觀測數據有限。盡管我認為這不會是制約 ENSO 預測的主要問題，但因為我們對 90 年代之前的海洋狀況了解太少，只有過去的幾個厄爾尼諾事件可以用于研究和預測，所以觀測數據的缺乏就顯得尤為重要了。

　　（2）在氣候和天氣預測中必須要進行數據同化，目的是將觀測結果和模型對當前狀態的預估結合起來，得到盡可能最佳的初始條件。這里的“最佳”指的是可以產生最佳預測的初始條件。由于我們使用的模型——也就是用來將當前狀態投射到未來的工具——存在偏差，所以“最佳”狀態可能并不是最接近自然的狀態。天氣預報中有很多數據同化的經驗，但在氣候預報中就沒有那么多了，但是它還是非常重要的。上世紀 90 年代加入我們團隊的陳大可博士（編者注：陳大可現為自然資源部第二海洋研究所研究員，長期從事 ENSO 動力學及預測等方面的研究）通過研究數據同化改善了我們的預報。特別要指出的是，他找到了減少模型偏差的負面影響的方法（參見陳大可等 1995 年的 Science 文章）。

　　（3）改進模型，以使得模型可以更容易重現當前的氣候狀態。這也意味著模型更有可能對未來氣候系統開展模擬。

　　（4）ENSO 的可預測性是有限的，這主要是因為氣候是一個混沌的動態系統，但我們并不知道預測的極限在哪里。在沒有大量觀測數據支撐的情況下，我們必須求助于模型對可預測性進行評估。就天氣預測模型而言，模型已經可以對關鍵過程有很好的模擬。而對于 ENSO，我們根本不確定相關的關鍵過程到底是什么，也不能確定我們的模型是否準確地模擬了這些過程。簡而言之，我覺得我們還沒有掌握 ENSO 預測的極限。雖然我無法證明這一點，但我相信目前的 ENSO 預測模型遠遠沒有達到可預測性的極限，因此還有很大的改進空間。假如我們清楚如何改進模型的話，這可能是最有效的途徑。

　　NSR：您認為全球變暖會顯著改變 ENSO 的特征嗎？全球變暖和 ENSO 相互之間會如何作用？

　　卡恩：對這個問題最準確的答案應該是我不知道答案。

　　目前來說，IPCC 的模型預測是我們最好的參考，但它也無法預測 ENSO 將會發生怎樣的變化。歷史上每次 ENSO 事件之間、或者每十年間的 ENSO 事件之間都有很大的差異。這種自然變化已經大到使我們很難看到全球變暖對 ENSO 的影響。

　　不過可以肯定的是，全球變暖會改變 ENSO 事件帶來的影響。這其中最明顯的例子就是降雨。由于溫度較高的大氣中含有更多水分，每一次 ENSO 帶來的暴雨也都含有更多的水分，所以我們預計未來 ENSO 引起的洪水會更加嚴重。此外，干旱地區將變得更加干燥，所以旱情也將更加嚴重和持久。

全球變暖背景下，ENSO 引發的干旱和洪水都可能更加嚴重。（pixabay）

　　4、其他

　　NSR：你曾在哈佛大學主修應用數學，畢業后在美國國家航空航天局工作。到底是什么原因讓你重返校園學習氣象學/海洋學？現在回想起來，你覺得這是個正確的決定嗎？

　　卡恩：1966 年，我從研究生院的應用數學專業（現在被稱為計算機科學）畢業后，開始在美國宇航局戈達德太空研究所做程序員/分析師。

　　那時第一顆溫度測量衛星正要發射。我們啟動了一個項目，使用當時最先進的大氣環流模型（AGCM），即兩級 Mintz-Arakawa 模型，來模擬新的溫度探測結果如何影響天氣預報。但不久我就發現負責此事的物理學家對大氣動力學了解得并不多。由于他非常有名，所以我推測其他人就更加不清楚了。

　　后來，他們從麻省理工學院請來朱爾·查尼（JuleCharney）做顧問。我當時并不知道這件事，不過查尼的工作促成了第一次天氣預報的成功（參見查尼，福爾托夫特和馮·諾伊曼 1950 年的 Tellus 文章）。我很快就為查尼對大氣動力學的深刻認識所折服。我問了他許多非常淺顯的問題，而他也對我耐心地一一解答。

　　1970 年，我的孩子出生，我們搬到了新罕布什爾州的農村，我在那里一所小型學院教書。但我很快意識到我不想將我的學術生涯局限于此。于是我決定回去，和知識淵博的查尼一起工作。

　　這絕對是一個非常正確的決定。我現在仍然和許多當時的老朋友聯系，與他們一起工作的日子也非常的有趣。

　　總之，作為一名科學家，我的職業生涯很精彩，工作一直充滿著樂趣，現在也依然是這樣。我很幸運完成了一些很有價值的科學研究，同時這些研究也激發我去思考關于 ENSO 對社會所造成的影響等問題。我唯一能想到的負面影響就是，如果我當初堅持從事計算機研究，現在可能會更有錢。

　　NSR：你能給從事海洋和氣候領域研究的學生和年輕科學家們提一些建議嗎？

　　卡恩：去發現你認為有趣，但是重要的科學問題。如果你所能解決的問題是一些瑣碎的小問題，那么這些研究可能就沒那么有趣了。

　　如今的氣候研究在很大程度都受制于 IPCC 評估使用的綜合模型，出現了很多意義不大的論文，例如我運行了一下模式，研究了模式輸出結果，得出了一些結論；或者是我對比了很多不同的 IPCC 模式的模擬結果，有些模式給出這樣的結果，有些給出那樣的結果等等。這些研究都很無聊，沒有什么啟發性。試著創造一個想法，最好是關于物理現象的，然后思考如何來實現它。對搞科學研究來說，這也許是一個天真的想法，但我認為這是個好想法。試試用更簡單的模型或理論來解釋一些現象。

　　我們目前正以前所未有的效率來獲取古氣候數據。而古氣候也給我們提出了一個嚴峻的科學問題，考驗著我們的知識極限。例如，大約 11000 年前新仙女木期開始的時候，地球溫度在短短 10 年內就下降了幾度，這是怎么發生的呢？如果我們不能理解這一問題，那或許我們就不該對未來氣候變化做出的預測抱有盲目的自信。

　　作者簡介：

　　*連濤，自然資源部第二海洋研究所副研究員。

　　制版編輯：皮皮魚

總結

以上是生活随笔為你收集整理的波士顿的一场暴风雪，催生了世界首个厄尔尼诺预测模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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