厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是热带赤道太平洋地区最强的年际尺度气候变率，提高ENSO模拟和预测技巧一直是气候研究领域的前沿热点。Zebiak-Cane（ZC）模式作为第一个成功实现ENSO预测的海气耦合模式，至今仍被广泛应用于ENSO的理论研究与预测实践。然而它在模拟ENSO基本特征及相关物理过程中仍存在一定不足，例如高估ENSO事件的强度，风场异常位置过于偏东，以及未能合理刻画观测中复杂的“海温-降水非线性关系”，这些“美中不足”限制了模型在一些精细化研究中的应用。

为解决上述问题，我院陈林教授团队和安徽省气候中心孙明工程师、中国海洋大学谢瑞煌教授以及南信大海洋学院张荣华教授开展合作，通过改进其非绝热加热参数化方案，完善了模型对海温-降水非线性关系的刻画，并在此基础上构建了改进版的ZC模式（MZC_XJH），探讨了三个关键大气参数对ENSO主要特征（振幅、周期、季节锁相、多样性以及非对称性）的影响及机制。研究发现，当大气参数单独变化时，ENSO的振幅与周期对参数变化最为敏感；而在多个参数协同变化的情况下，ENSO的部分统计特征则表现出显著的非线性响应。最后本研究给出一组新的参数配置参考方案，在该方案下ZC模式能较好再现ENSO振幅、纬向风异常位置及相关的降水异常。

1. 引入海温-降水非线性关系，构建改进版ZC模型

Zebiak-Cane模型（简称为ZC模型）是一个专门用于模拟和预测ENSO的、具有里程碑意义的中等复杂程度的海气耦合模型（图1）。它用相对简洁的物理过程成功抓住了ENSO循环的关键，为ENSO的动力学理解和预测研究奠定了基础，是ENSO研究学界的一个经典模型。然而，原始ZC模型（ZC_Ori）在模拟ENSO时仍存在一些系统性偏差，包括高估ENSO振幅，风应力异常偏东，不能准确刻画海温-降水之间的非线性关系。为此，本研究引入冷洋面加热效率因子（δ），使得降水异常不只是与海温异常线性相关，也与背景海温有关，从而使得ZC模式中能更好地模拟海温–降水的非线性关系。

然而，加热效率因子的引入也带来了新的调整，它可能会过度抑制大气中的非绝热加热强度，从而导致ENSO振幅偏弱。这是由于ZC模型中的各个大气参数环环相扣，必须从全局视角进行系统性“调优”。为此，本研究基于改进后的ZC模型（MZC_XJH；图2），进一步探讨了三个关键大气参数对ENSO基本特征的影响。

2.大气参数调优对ENSO基本特征的影响

在MZC_XJH模式中，三个大气参数（冷洋面加热效率、拖曳系数和大气耗散参数）单独调整时对ENSO基本特征的影响如图3所示：当大气参数单独变化时，ENSO的振幅和周期对参数最为敏感；而季节锁相、多样性与非对称性的响应相对较弱。

三组关键参数的物理意义包括：冷洋面加热效率调控了海温-降水间的非线性程度，间接影响了ENSO耦合强度，从而影响ENSO强度；拖曳系数与大气耗散系数调控了大气环流异常对海温异常的响应强度及大气环流异常的耗散程度。

进一步的多参数敏感性试验（图4）发现：

• 多参数协变时，ENSO基本特征表现出明显的非线性响应特征；

• 在强非线性背景下，参数间相互作用显著，须综合优化；

• 特别地，ENSO周期对海温-降水非线性程度的变化表现出非单调响应；

• 当前版本ZC模式仍低估了ENSO多样性和非对称性的特征，未来有必要将模式中关键大气参数结合模式海洋分量一并优化，以期进一步提高模型在ENSO多样性和非对称性方面的表现。

ZC模式虽结构简单，但其海气物理过程明确且清晰，因此长期以来ZC模式在ENSO理论研究中发挥着基础作用。本研究通过改进其非绝热加热参数化方案，改善了模型对海温-降水非线性关系的刻画，构建了一个改进版ZC模式，系统分析了多参数协变对ENSO基本特征的影响。本研究的发现为ZC模型的调优改进提供了重要依据，进而拓展了该模型在不同科学目标下的适用性，为ENSO理论探索提供了更坚实可靠的模型工具。

文章信息：

Wei X. J., Chen, L.*, Sun, M., Xie, R. H., and Zhang, R.-H., 2026: Fine-tuning atmospheric parameters for improving ENSO simulation in the Zebiak–Cane model. Adv. Atmos. Sci., 43(2), 420–435, https://doi.org/10.1007/s00376-025-4423-8.

图1 ZC模式示意图。

图2 改进版ZC模式示意图。

图3 MZC_XJH模式中三个关键大气参数单独变化对ENSO振幅，周期，季节锁相，多样性以及非对称性的影响。

图4 ZC模式中三个关键大气参数同时变化对ENSO振幅，周期，季节锁相，多样性以及非对称性的影响。