现有CMIP6气候模式模拟显示，在高排放情景下，ENSO的振幅并非随全球变暖呈单调增强，而是呈现出令人困惑的非单调性演变：20世纪中期较弱→21世纪后期增强→22世纪后再次减弱。这种非单调响应的物理机制长期未被阐明，尤其是海洋层结变化在其中的作用一直缺乏量化表征。

南京信息工程大学张荣华教授团队利用ICM模式开展诊断分析和数值模拟。该模式能够将热带太平洋平均海洋状态明确分解为三个关键影响路径：（1）上层海洋层结（通过对上层海洋层结进行垂向模态分解而量化为风应力投影系数；pₙ，n为垂向斜压模模数）；（2）表层流场和海温场；（3）温跃层结构。基于8个CMIP6模式（8CMM）在三个典型时期（P1：1940–1990、P2：2040–2090、P3：2240–2290）的平均气候态场，在ICM中分别设置了不同平均态影响路径，从而系统分离并量化了各影响路径对ENSO振幅的独立贡献与协同效应。

主要发现如下：

（1）层结变化是驱动ENSO振幅从P1时段（弱）向P2时段（强）转变的主导因素：当仅将P2时期的层结替换至P1背景态时，ENSO振幅显著增强；而替换表层场或温跃层组分则起阻尼作用。将三个时期的8CMM海洋气候场分别指定给ICM进行50年自由积分，ICM成功再现了ENSO振幅的变化（图1）。

（2）模态间能量再分配揭示P2到P3时期振幅衰减机理：垂向模态分析揭示了ENSO振幅从P2到P3时期不增反降的关键机制：第一斜压模态（p₁）的振幅在P3时期系统减弱，而第二斜压模态（p₂）在西太平洋持续增强、东太平洋减弱，呈现偶极型变化。这意味着风应力强迫的输入能量从表层（p₁主导）向温跃层（p₂主导）的输送发生了再分配。由于p₁和p₂振幅的反向变化导致其对上层海洋响应的贡献部分抵消；当表层场和温跃层影响路径相关的阻尼效应变为占据主导时，最终导致ENSO振幅的净减弱。

（3）BJ指数诊断进一步印证了反馈过程重组及影响：热收支分析表明，P2时期层结增强的同时强化了纬向平流反馈和温跃层反馈；而P3时期，由于p₁的减弱，表层响应被抑制；尽管p₂增强，但净效应仍表现为ENSO振幅的下降。

图 使用三个时期平均态指定的ICM模拟。a-c，不同时期模拟得到的赤道太平洋SST异常演变；d，相应的Niño3.4 SST异常时间序列。

本研究首次将层结效应通过垂向模态参数（pₙ）在简化海气耦合模式中显式表征和量化，破解了CMIP6模拟中ENSO振幅在2100年后持续下降这一看似与层结增强相悖的难题。研究成果对于深入认识热带太平洋对温室气体强迫的多尺度响应、改进ENSO长期预估具有重要的科学意义和应用价值。

本研究由南京信息工程大学张荣华教授团队与中国科学院海洋研究所、福州大学等单位合作完成，张荣华教授为论文的第一兼共同通讯作者，高川副研究员为共同通讯作者。

论文信息：Zhang, R.-H., Chen, M., Gao, C. et al. Upper-ocean stratification changes control ENSO amplitude shift under sustained global warming.Nat Commun17, 3126 (2026).https://doi.org/10.1038/s41467-026-69931-x