热带太平洋不稳定波（Tropical Instability Waves，TIWs）是赤道东太平洋冷舌区海表面温度锋(3˚N)附近向西传播的季节内波动。产生机制来源于海洋内部不稳定性，波长约为1000~2000km, 周期约为20~50d，传播相速度约为0.4~0.6m×s-1。以往研究表明，作为全球气候的主导海温模态，ENSO和赤道冷舌年循环可通过改变海洋锋附近纬向温度梯度来调制热带不稳定波活动强度。表现为El Niño期间TIWs活动受到抑制；La Niña期间由于斜压不稳定的增强，TIWs活动得到加强。反过来，热带不稳定波可通过冷暖水的强烈混合激发非线性动力加热（NDH）来影响热带地区气候平均态及其季节和年际变化。因此准确表征这种多尺度非线性相互作用对于ENSO复杂性研究及预测具有重要的意义。然而，当前受观测手段限制以及模式资料对于TIWs的表征存在严重偏差，如何准确表征观测中TIWs的非线性加热作用(NDH-TIW)以及理解TIWs-ENSO相互作用成为当前科学界亟待解决的难题。

大气科学学院张文君课题组联合夏威夷大学金飞飞教授，基于可实时观测的复变量TIWs指数（方程1），利用再分析数据（GODAS）和热带大气海洋观测阵列（TAO）的高分辨率观测数据，创新性地提出了构建NDH-TIW的方法(方程2)，揭示了TIWs对于ENSO反馈作用的内在规律（图1）。研究发现，TIWs可通过非线性整流作用产生非线性动力加热负反馈来影响ENSO振幅非对称。TIWs在赤道东太平洋地区可产生高达0.8˚C/month (0.4˚C/month)的异常加热（变冷）抑制El Niño (La Niña)的发展，其量级甚至可以超过海表热通量。这种负反馈机制同时表现出对赤道冷舌的强季节依赖性。利用站点稀疏的观测资料(TAO)，本研究可近似评估模式资料对于TIWs的模拟性能，以再分析资料GODAS为例，由于其资料分辨率不足，其对TIW活动强度的模拟低估率约为3，此研究可为数值模式改进ENSO模拟性能带来重要启示。最后基于能够准确描述海洋斜压不稳定指数NiñoD，构建了与观测高度一致的NDH-TIW理论数值模型来刻画TIWs对于ENSO的季节依赖的非线性负反馈作用(方程3)。该理论模型精确重构了TIWs对于ENSO的反馈贡献，可应用于业务部门提高ENSO强度模拟与预测。同时该模型具有一定的普适性，可以扩展到评估高频尺度瞬变现象（如MJO）通过非线性整流作用在低频尺度上的投影贡献，对于理解多尺度相互作用与提高气候预测具有重要意义。

该研究成果创新性地指出了热带海洋季节内不稳定波对于ENSO非线性反馈的重要性，并从这一海洋新视角揭示了ENSO复杂性的可能原因，为改进ENSO模拟以及气候预测提供了理论基础与新的途径。该成果也得到了审稿人的特别好评：“This paper contains several important findings and generally reads well. Moreover, it tries to establish metrics for TIW-induced NDH which could be computed from the existing TAO observing systems which is incredibly valuable.”

图1. (a) 3个月滑动平均的观测中与重构的NDH-TIW; (b) Niño3.4指数与NDH-TIW的关系；(c)标准化的NDH-TIW指数的功率谱；(d) TIW活跃期（8月-12月）Niño3.4指数与NDH-TIW的关系；(e) TIW非活跃期（2月-6月）Niño3.4指数与NDH-TIW的关系。

该成果在国际学术期刊《Geophysical Research Letters》上在线发表：

A. Xue, F.-F. Jin#, W. Zhang#, J. Bouncharel, S. Zhao, and X. Yuan. 2020: Delineating the seasonally modulated nonlinear feedback onto ENSO from tropical instability waves. Geophysical Research Letters, 47, https://doi.org/10.1029/2019GL085863.