來自波茨坦氣候影響研究所、北京師范大學(xué)和JUSTUS-LIEBIG-University Giessen的一組研究人員已經(jīng)找到了一種方法，可以在厄爾尼諾事件發(fā)生前一年預(yù)測它們。

其研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，該小組描述了他們基于復(fù)雜性的方法，以更好地預(yù)測看似隨機(jī)的天氣事件。厄爾尼諾現(xiàn)象是一種天氣事件，太平洋西部一些地區(qū)的水面溫度比正常情況下變暖，然后向東滲漏。

科學(xué)家們急于了解更多關(guān)于這類事件的信息，因為它們可能會導(dǎo)致世界某些地區(qū)的過度降雨，以及其他地區(qū)的干旱狀況。知道它們什么時候會發(fā)生，會讓生活在這兩個地區(qū)的人們有時間為它們做計劃。到目前為止，天氣專家所能做的最好的事情就是提前六個月提供預(yù)測。在這項新研究中，研究人員提前一年發(fā)現(xiàn)了他們認(rèn)為相當(dāng)準(zhǔn)確的預(yù)測。新方法采用了一種新的，基于復(fù)雜性理論的海面溫度數(shù)據(jù)分析方法。

它包括將太平洋東部劃分成正方形的單元，并將每個單元的溫度與其附近其他單元和距離更遠(yuǎn)的其他單元進(jìn)行比較。這樣的比較能測量溫度數(shù)據(jù)中的無序程度。然后，通過比較每年的無序程度，發(fā)現(xiàn)了一種模式：高度無序的年份往往緊隨其后的是第二年厄爾尼諾事件。一旦發(fā)現(xiàn)了這種模式，研究人員就分析了1984年至2018年的年度地表溫度數(shù)據(jù)，以預(yù)測過去的厄爾尼諾事件。該方法正確預(yù)測了10個厄爾尼諾事件中的9個(有3個假陽性)。

此外還發(fā)現(xiàn)，前一年的紊亂程度越高，隨后的厄爾尼諾事件就越強(qiáng)烈。研究人員得出結(jié)論：現(xiàn)在可以相當(dāng)準(zhǔn)確地提前一年預(yù)測厄爾尼諾現(xiàn)象。盡管以赤道東太平洋異常間歇性變暖為特征的厄爾尼諾事件可能在全球各地引發(fā)災(zāi)難，但對其規(guī)模的可靠預(yù)測仍限于提前約6個月。這一預(yù)警時間的顯著延長將有助于減輕一些最嚴(yán)重?fù)p害。新研究是一種依賴信息熵的方法，它使預(yù)警時間翻了一番。

這一方法是基于本研究發(fā)現(xiàn)，即一歷年的熵與次年開始的厄爾尼諾事件的強(qiáng)度有很強(qiáng)相關(guān)性。從而能夠提前1年預(yù)測厄爾尼諾事件的開始和強(qiáng)度。厄爾尼諾南方濤動(ENSO)是最突出的年際氣候現(xiàn)象之一。由于ENSO對經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重影響，早期和可靠的ENSO預(yù)測仍然是一個重要目標(biāo)。盡管近幾十年來發(fā)展了各種動力和統(tǒng)計預(yù)報模式，但“春季可預(yù)報性障礙”仍然是長期(6個月以上)預(yù)報的一大挑戰(zhàn)。

為了克服這一障礙，新研究開發(fā)的這個分析工具：系統(tǒng)樣本熵(SysSampEn)，用來度量由尼諾3.4區(qū)域溫度異常時間序列組成的系統(tǒng)復(fù)雜性(無序性)。當(dāng)將該工具應(yīng)用于幾個近地表氣溫和海面溫度數(shù)據(jù)集時，發(fā)現(xiàn)在所有數(shù)據(jù)集中，厄爾尼諾現(xiàn)象的大小與上一歷年的SysSampEn(復(fù)雜性)之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。研究表明，這種相關(guān)性使我們能夠以1年的預(yù)測水平和高精度（即，單個數(shù)據(jù)集預(yù)測的平均值的均方根誤差=0.23°C）來預(yù)測厄爾尼諾的強(qiáng)度。

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參考期刊《美國國家科學(xué)院院刊》

DOI: 10.1073/pnas.1917007117

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