海洋热浪是指发生在海洋中的极端高温事件，与海温变化直接相关，一般定义为海表温度至少连续五天超出气候平均态 90 百分位阈值，在时间上可持续数天至数月，面积可达几平方公里至数千平方公里。西北太平洋（西太）是遭受海洋热浪影响最为严重的区域之一。海洋热浪会导致植物初级生产力的改变、有害藻类大量繁殖、海洋栖息地的迁移、海洋物种分布和种群的变化、人类与野生动物冲突的增加以及渔业灾害，进而改变整个生态系统的结构和功能。因此，海洋热浪已经严重威胁了海洋生态系统安全，其特征和形成机制等的研究已成为当前前沿热点，研究西太海洋热浪预报的可行性也迫在眉睫。

近日，大气科学学院徐海明教授所在课题组基于NUIST CFS 1.0历史回报数据的可预报性研究发现：（1）夏季西太海洋热浪日数呈现出南多北少的分布状态，热带与白令海地区为海洋热浪日数高发区。NUIST CFS1.0能够提前8个月较准确地预测出热浪日数的空间分布和时间变化特征（图1），提前9个月预测出其线性趋势。模式对西太地区夏季海洋热浪日数时间变化的高可预报性很大程度上源于其对热浪日数线性趋势的高技巧预报。（2）在El Niño消亡年夏季，西太海洋热浪日数的空间分布呈南多北少的分布状态，中国南海、太平洋中部地区以及白令海地区为热浪日数高发区，而其他年份热浪日数远低于El Niño消亡年。同时在El Niño消亡年，NUIST CFS1.0能提前19个月准确预测热浪日数的空间分布，远超其他年份（图2）。（3）ENSO不同位相下热浪发生的机制有所不同，但El Niño消亡年是热浪主要发生的年份，在此阶段受ENSO的影响，西太地区出现了显著的反气旋环流在低纬度产生了东风异常，从而削弱了西太夏季西南季风。太阳短波辐射的增加加热了西太地区热带和亚热带海水。而此时海洋到大气的潜热损失（蒸发冷却）减少，加重了夏季西太海洋热浪的发生（图3）。并且回报数据对影响海洋热浪发生的西太反气旋系统可以提前11-13个月准确预测（图4），而此预测系统对夏季西太海洋热浪日数的高预报性源于其对ENSO的高技巧的预报性。

图 1 1984-2020年夏季西北太平洋多年平均海洋热浪日数分布，(a)为观测结果，(b)-(h)为历史回报数据提前1、5、9、13、17、21、24个月的结果，左上角R代表回报场与观测场的场相关系数，（i）为场相关系数随提前预报月份增加的变化图，其中黑色线代表热浪日数（单位：天），蓝色线代表热浪次数（单位：次），红色线代表热浪强度（单位：℃/次）

图 2 同图1，但为El Niño消亡年，（i）中黑色线代表1984-2020年整个37年，红色线代表El Niño消亡年，蓝色线代表La Niña消亡年，灰色线代表除El Niño消亡年和La Niña消亡年之外的正常年

图 3 El Niño消亡年（a, b, c, d）La Niña消亡年（e, f, g, h）以及正常年（i, j, k, l）合成得到的夏季海洋热浪日数分布（彩色阴影，单位：天）（a, e, i）、 500 hPa（b, f, j）、 850 hPa位势高度场（彩色阴影，单位：gpm）和风场（箭头，单位：m/s）(c, g, k)、海平面气压场（彩色阴影，单位：hPa）和10m风场（箭头，单位：m/s）(d, h, i)（打点区表示通过90%显著性检验的区域）

图 4 观测（a）和提前1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21个月回报（b）-（l）的El Niño消亡年夏季850 hPa位势高度（单位：gpm）和风场（单位：m/s）异常分布，黑色箭头为通过90%检验的风场，灰色为未通过检验的风场

论文信息：

Zhang, T., Xu, H., Ma, J., Deng, J. (2023). Predictability of Northwest Pacific marine heatwaves in summer based on NUIST-CFS1.0 hindcasts, Weather and Climate Extremes, 42(1):100617. http://dx.doi.org/10.1016/j.wace.2023.100617.