2000年左右，温水体积与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）之间的关系出现了不对称的十年级变化

《Frontiers in Marine Science》：Asymmetric decadal changes in the relationship between warm water volume and ENSO around 2000

　　摘要
代表海洋热含量的暖水体积（WWV）是预测厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）最常用的海洋指标。然而，WWV与ENSO之间的关系在十年间的变化仍不清楚。本研究从两个方面探讨了WWV预测ENSO能力的十年变化：ENSO事件的正负不对称性和西太平洋与东太平洋的不对称性。研究发现，WWV预测El Ni?o和La Ni?a的能力存在显著的十年性变化。在2000年之前，WWV可以提前一年以上预测ENSO，最佳预测时间窗口为8个月。2000年后，WWV的预测能力下降，尤其是La Ni?a的预测能力大幅减弱，最佳预测时间从8个月缩短至3个月，而El Ni?o的预测能力在提前8个月以上时依然稳定。WWV对La Ni?a预测能力的下降与2000年后多年同期La Ni?a现象的增多有关。此外，还明确了WWV在西太平洋和东太平洋的不同作用和变化。通过信息流分析发现，2000年后西太平洋WWV对ENSO的稳定作用增强，关键区域向南扩展（从4°S–3°N到10°S–3°N），而东太平洋WWV的不稳定作用减弱，其影响范围缩小（从4°S–3°N到2°S–2°N）。特别是在2000年后的西太平洋，不仅赤道地区的WWV重要，南半球6°S–10°S地区的WWV也具有显著影响。这些结果进一步加深了我们对WWV预测ENSO的理解。

1. 引言
厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是热带太平洋主导的年际气候模式，在全球气候系统中起着重要作用，如降水模式、热带气旋活动、碳循环和生态系统动态（McPhaden等人，2006；Timmermann等人，2018；Yeh等人，2009；Latif等人，1998；Wang和Picaut，2004；Santoso等人，2015；Bjerknes，1969）。El Ni?o（正ENSO事件）的特点是热带中东部和东部的海表温度（SST）异常升高，而La Ni?a（负ENSO事件）则相反。以往的研究已经探讨了El Ni?o和La Ni?a在空间模式和季节演变方面的不对称性（Okumura等人，2011；Im等人，2015）。El Ni?o和La Ni?a在振幅、持续时间和气候影响上也表现出不对称性（An和Jin，2004；Okumura和Deser，2010；Hoerling等人，1997）。尽管经过数十年的研究，ENSO预报仍然具有挑战性，尤其是在长期预测方面（例如，Barnston等人，2012）。暖水体积（WWV）作为海洋热含量的代理指标，是最广泛用于预测ENSO的海洋指标（例如，Jin，1997；Meinen和McPhaden，2000；McPhaden，2003）。赤道地区的WWV定义为太平洋5°N–5°S、120°E–80°W范围内20°C等温线以上的水体体积。局部WWV由20°C等温线的深度表示。从补给-排放的角度来看，ENSO的演变涉及快速的Bjerknes正反馈和与纬向风应力与WWV不平衡相关的缓慢海洋调整过程。WWV在补给（排放）过程中增加（减少），前者可用于预测即将到来的El Ni?o，后者可用于预测即将到来的La Ni?a。WWV整合了上层海洋的热记忆，并通常比ENSO的SST演变提前几个季节（Meinen和McPhaden，2000；McPhaden，2003）。此外，2000年后热带太平洋的平均状态发生了变化（An和Wang，2000；Hu等人，2020；Huang等人，2025）。整个盆地的WWV与ENSO SST异常之间的关系在1999/2000年前后发生了显著的变化，WWV异常的提前时间从大约2–3个季节缩短至约1个季节（Bunge和Clarke，2014；Clarke和Zhang，2019；Horii等人，2012；Hu等人，2017；Hu等人，2020；Li等人，2020；McPhaden，2012；Neske和McGregor，2018；Wen等人，2014；Zhang等人，2019）。以往的研究将这种变化的主要原因归结为ENSO的空间模式（Horii等人，2012；Ren和Jin，2013；Zhao等人，2021；Zhang等人，2019）以及海洋对风强迫的响应（Neske和McGregor，2018；Neske等人，2021）。先前的研究表明，赤道西太平洋的WWV在较长预测时间内是最佳的ENSO预测指标（例如，Planton等人，2018；Izumo等人，2019），因为其演变受到Rossby波的影响。另一项研究表明，西太平洋15°S处的非赤道海洋热含量异常对提高长期ENSO预测有重要作用（Yang等人，2025）。

近年来，Liang（2014，2016）提出了一种基于信息流的严格因果分析框架，该方法已成功应用于气候研究（例如，Liang，2014），为解释ENSO前兆提供了新工具。总体而言，现有研究倾向于将WWV对ENSO的预测能力作为一个整体来考察，或者主要关注El Ni?o和La Ni?a特征的不对称性（例如，空间模式、持续性）。然而，WWV对El Ni?o和La Ni?a预测能力的十年变化可能不同，需要进一步研究。此外，虽然一些研究注意到整个盆地特别是西太平洋WWV与ENSO的关系，但WWV在西太平洋和东太平洋的不同作用及其十年变化仍然是一个谜。

因此，本研究旨在揭示WWV对El Ni?o和La Ni?a事件预测能力的不对称变化，并发现预测时间窗口的缩短主要归因于La Ni?a的可预测性变化。本研究还探讨了WWV预测ENSO的关键区域变化，包括从信息流的角度进行分析。本文的其余部分安排如下：第2节描述数据集和方法；第3节展示结果并分析WWV与ENSO之间关系的十年变化；第4节总结主要发现和讨论。

2. 数据和方法
2.1 数据集
月平均SST数据来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的扩展重建SST版本5（ERSST v5；Huang等人，2017）。该数据集的水平分辨率为2° × 2°。
Nino3.4指数数据由NOAA的气候预测中心（CPC）提供，定义为170°W–120°W、5°N–5°S区域的平均SST异常。该指数可从https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/detrend.nino34.ascii.txt下载。
本研究使用了两种WWV数据：赤道范围内的WWV指数和局部WWV。赤道范围内的WWV指数定义为太平洋120°E–80°W、5°N–5°S区域内SST超过20°C的水体体积，由澳大利亚气象局的国家业务中心提供。该指数是海洋热含量变化的重要指标，可从https://www.pmel.noaa.gov/tao/wwv/data/wwv.dat下载。
局部WWV异常由20°C等温线的深度（D20）数据表示。D20和表面纬向风应力（Taux）数据来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）生产的海洋再分析系统5（ORAS5，Zuo等人，2019），这些高分辨率数据集的水平分辨率为0.25°× 0.25°，时间范围为1980年1月至2023年12月。
月平均次表层海洋温度数据来自全球海洋数据同化系统（GODAS，Behringer，2007），覆盖1980年1月至2023年12月，水平分辨率为2°× 2°。
2.2 El Ni?o、La Ni?a和ENSO事件的定义
使用Nino3.4指数来分类El Ni?o和La Ni?a事件。当去趋势后的值连续五个月超过+0.5°C时，定义为El Ni?o事件；当连续五个月低于-0.5°C时，定义为La Ni?a事件。ENSO事件的SST异常是通过计算1980–1999年和2000–2023年期间[El Ni?o事件减去La Ni?a事件]的平均值再乘以0.5得到的。
2.3 使用Liang-Kleeman信息流的因果分析
本研究采用Liang-Kleeman信息流方法（Liang，2014，2016）来评估因果关系。从变量X2到目标变量X1的信息流率使用以下公式计算：
T2→1 = C11C12C2,d1 ? C21 C1,d1 C211C22 ? C11C212
T2→1 = C11C12C2,d1 ? C122C1,d1 C11C22 ? C11C122
其中Cij表示Xi和Xj之间的协方差（i,j=1,2），Ci,dj是Xi和Xj之间的协方差，Xj是dXj/dt的一阶欧拉前向有限差分近似。
正的T2→1值表示X2增加了X1的不确定性，即X2倾向于使X1不稳定；而负的T2→1值表示X2增加了X1的确定性，即X2倾向于使X1稳定。此外，正值和负值都表示有意义的影响：统计上显著的信息流（即绝对值较大）表示较大的可信影响。换句话说，无论是不稳定作用还是稳定作用，具有可接受显著性的信息流都意味着有效的影响。“不稳定”指的是增强异常增长的影响，而“稳定”则指抑制异常进一步发展的影响。
我们应用这一框架来衡量热带太平洋温跃层深度（D20）和纬向风应力对ENSO变率（以Ni?o3.4指数表示）的因果关系。计算分别针对1980–1999年和2000–2023年期间进行。

3. 结果
3.1 ENSO的年代间变化
首先，我们考察了2000年之前和之后ENSO事件的年代间变化。基于1980年至2023年的Nino3.4指数时间序列（图1a）和上述ENSO事件定义，我们识别出这个时期有12次El Ni?o事件和13次La Ni?a事件。具体来说，2000年之前有5次El Ni?o事件（1982/1983、1986/1987、1991/1992、1994/1995和1997/1998）和5次La Ni?a事件（1984/1985、1988/1989、1995/1996、1998/1999和1999/2000）；2000年之后有7次El Ni?o事件（2002/2003、2004/2005、2006/2007、2009/2010、2014/2015、2015/2016和2018/2019）和8次La Ni?a事件（2000/2001、2007/2008、2008/2009、2010/2011、2011/2012、2020/2021、2021/2022和2022/2023）。后期ENSO事件的发生频率增加。
图1(a)显示了1980年至2023年Nino3.4指数的时间序列。红色（蓝色）阴影表示正（负）异常值。黑色虚线代表±0.5°C的阈值。图1(b)（1980–1999年）和(c)（2000–2023年）Nino3.4指数的功率谱。红线表示95%置信水平。
图1(b)和(c)的功率谱分析进一步表明，主导周期从2000年之前的3–4年缩短到了之后的1–2年。
这些结果表明，2000年后ENSO事件变得更加频繁且周期更短。
除了频率和周期的变化外，与ENSO相关的SST异常的空间结构也发生了显著的年代间变化。如图2所示，2000年后ENSO事件的强度及其正负相位相比早期显著减弱。此外，El Ni?o事件的最大SST异常中心向西移动至中央太平洋。
图2显示了1980–1999年（a）和2000–2023年（b）ENSO事件的12月–2月（DJF）SSTA综合图：(a) 1980–1999年的ENSO，(b) 2000–2023年的ENSO，(c) 1980–1999年的El Ni?o事件，(d) 2000–2023年的El Ni?o事件，(e) 1980–1999年的La Ni?a事件，(f) 2000–2023年的La Ni?a事件。ENSO模式定义为0.5 × (正事件减去负事件)（阴影部分，单位：°C）。虚线区域表示综合图在95%置信水平下通过了置信测试。
3.2 WWV对El Ni?o和La Ni?a的不对称预测能力
3.2.1 两个视角
本节从两个角度探讨了WWV对El Ni?o和La Ni?a事件预测能力的不对称变化：WWV和Nino3.4指数的时间演变和相位分析。
图3a和b显示了2000年之前和之后ENSO事件的综合演变。虽然Nino3.4和WWV的整体演变模式相似——都在北半球冬季达到峰值——但WWV相对于Nino3.4的提前时间发生了显著的年代间变化。在2000年之前，WWV的强度更强，比Ni?o3.4领先约8个月，并在春季达到峰值。然而，2000年之后，WWV的振幅减小，其领先时间缩短至仅约3个月，峰值出现在秋季。此外，2000年后Ni?o3.4指数的振幅也减弱了。尽管自2000年以来WWV作为ENSO预测因子的领先时间有所缩短，但目前尚不清楚这种变化在厄尔尼诺（El Ni?o）和拉尼娜（La Ni?a）事件之间是否是对称的。

图3显示了WWV（红线）和Ni?o3.4指数（蓝线）在ENSO事件开始年份（第0年）及其后一年（第+1年）的标准化异常值的时间演变情况：(a) 1980–1999年的ENSO，(b) 2000–2023年的ENSO，(c) 1980–1999年的厄尔尼诺，(d) 2000–2023年的厄尔尼诺，(e) 1980–1999年的拉尼娜，以及(f) 2000–2023年的拉尼娜。灰色阴影表示具有最大预测性的月份。观察发现，2000年前后厄尔尼诺和拉尼娜事件的“充放电”过程存在显著不对称性（见图3c–f）。对于厄尔尼诺事件（图3c, d），2000年后充放电过程仍然明显，其特征是在发展年的春季WWV出现显著的正异常值。而拉尼娜事件的发展过程在2000年后发生了根本性变化（见图3e, f）：其放电过程显著减弱，WWV相对于海表温度（SSTA）的领先时间缩短至仅约3个月。值得注意的是，2000年之前的拉尼娜事件通常是从厄尔尼诺状态演变而来的（表现为Ni?o3.4指数从正值转为负值），而2000年之后的拉尼娜事件往往持续多年（Ni?o3.4指数持续为负值）。在这些最近的拉尼娜事件中，甚至在SSTA下降前3个月，WWV都没有明显的放电趋势；相反，观察到的是持续的充电倾向。

为了进一步阐明充放电过程的差异，图中展示了相图（见图4a–d）。两个时期的厄尔尼诺事件都表现出相似的演变过程：在前一年WWV略为正，Ni?o3.4接近零，然后在第0年达到峰值，并在第1年衰减。相比之下，拉尼娜事件的发展过程在2000年后发生了显著变化：放电过程明显减弱，WWV相对于SSTA的领先时间缩短至仅约3个月。值得注意的是，2000年之前的拉尼娜事件常常是从厄尔尼诺状态演变而来的（Ni?o3.4指数从正值转为负值），而2000年之后的拉尼娜事件则往往持续多年（Ni?o3.4指数持续为负值）。

这项研究揭示了WWV预测ENSO能力在几十年间变化的明显正负相位不对称性。即，在即将发生的厄尔尼诺事件中，WWV的充电过程（WWV>0）在各个时期都保持稳定，领先时间约为8个月；而在即将发生的拉尼娜事件中，WWV的放电过程（WWV<0）在2000年后显著减弱，导致领先时间大幅缩短，从而降低了ENSO的可预测性。

3.2.2 气候背景和多年拉尼娜事件

图5显示，2000年之后，热带太平洋的平均状态呈现出类似拉尼娜的模式，其特征是“西部温暖、东部寒冷”的海表温度结构以及增强的温跃层斜率。这种背景状态直接影响了ENSO事件发展期间温跃层和纬向风应力的空间分布和强度。

图5(a)显示了两个时期海洋温度的差异；(b) 海洋温度标准差的差异；(c) 平均海洋温度（等值线）及其标准差（阴影）。图(a)中的黑色点表示基于t检验，两个时期之间的平均温差在99%的水平上显著；图(b)中的黑色点表示基于F检验，两个时期之间的标准差差异在99%的水平上显著。这些差异是计算2000–2023年与1980–1999年之间的平均值。图(a, b)中的绿色虚线等值线表示1980–2023年的20°C等温线；图(c)中的绿色实线（蓝色虚线）表示1980–1999年的20°C等温线（2000–2023年）。阴影单位：°C。

对于厄尔尼诺事件，在2000年之前，西风异常与暖水从西太平洋向东移动以及东太平洋形成深度正D20异常有关（见图6a, 7a）。2000年之后，厄尔尼诺事件与较弱且范围较小的西风异常相关（见图7b），这降低了暖水输送的效率。尽管如此，WWV对厄尔尼诺的预测能力仍得以保持，尽管其振幅减小。

图6显示了2000年前后厄尔尼诺和拉尼娜事件期间赤道（5°S-5°N）20°C等温层深度（D20，单位：°C）的复合剖面：(a) 1980–1999年的厄尔尼诺，(b) 2000–2023年的厄尔尼诺，(c) 1980–1999年的拉尼娜，以及(d) 2000–2023年的拉尼娜。括号中的数字表示月份：-1代表前一年，0代表发展年，1代表厄尔尼诺或拉尼娜的衰减年。虚线区域表示复合指标在95%的置信水平下通过了置信度测试。

相比之下，2000年之后的拉尼娜事件特征发生了根本性变化。2000年之前的拉尼娜事件通常是从之前的厄尔尼诺状态迅速演变而来的。在2000年之前（见图6c, 7c），在之前的冬季和发展中的春季，伴随整个太平洋的强西风异常，西太平洋出现了较浅的温跃层，这有利于强烈的单年拉尼娜事件的发生。2000年之后，在类似拉尼娜的背景下，东风异常成为主导特征（见图7d），导致暖水在西太平洋持续积累，维持了“西部深、东部浅”的D20异常模式。这种状态抑制了海洋热含量的调整，有利于拉尼娜事件连续发生。在这种情况下，个别拉尼娜事件发展阶段的WWV放电作用减弱，破坏了其在拉尼娜事件中的前兆作用，直接导致WWV对拉尼娜的预测能力显著下降。

3.3 WWV与ENSO之间的领先关系

图8通过散点分析首次定量展示了赤道范围内WWV与Ni?o 3.4在不同领先时间下的领先-滞后关系。在1980–1999年期间，当WWV领先8个月时（见图8a），WWV与Ni?o 3.4之间存在强相关性（0.75），显示出对正负ENSO事件的稳健预测能力（相关性>0.40）。这与经典的充放电理论一致。2000年之后（见图8b），在8个月领先时间下的预测能力显著下降（总体相关性：0.43）。这种相关性的下降主要是由于负Ni?o 3.4条件的预测能力大幅降低（从0.93降至0.15）。在2000年之前的3个月领先时间（见图8c），相关性仍然较高（0.72）；2000年之后（见图8d），相关性稳定在0.74。负Ni?o 3.4条件的预测能力从0.79降至0.51，而正Ni?o 3.4条件的预测能力有所提高。这些结果表明，特别是在8个月领先时间时，赤道WWV预测ENSO的能力存在不对称变化。

图8显示了标准化WWV与Ni?o3.4指数的散点图：(a) 1980–1999年，(b) 2000–2023年，(c) 1980–1999年，以及(d) 2000–2023年。进一步探讨十年间变化的空间模式，我们检查了WWV与Ni?o3.4指数在不同领先时间下的传统领先-滞后相关性。2000年之前，D20与Ni?o3.4指数之间的领先-滞后相关性显示出明显的十年变化，尤其是在较长的领先时间（见图9）。在1980–1999年期间，2月–4月（FMA，约8个月领先）的D20异常在赤道太平洋（160°E–120°W）显示出广泛而强的正相关性（最大值约0.6）。2000年之后，这种8个月领先的相关性显著减弱（最大值约0.4），显著区域向中部太平洋（160°W–120°W）收缩。在5个月领先时间（5月–6月D20）时，尽管之前的高相关性（最大值>0.8）和向西移动的核心区域也在2000年后减弱（最大值约0.6）。相比之下，3个月领先时间（7月–9月D20）的相关性在两个时期都保持较强（r > 0.8），尽管高值区域在2000年后向西移动。这表明2000年之后WWV预测ENSO的长领先（5–8个月）效用显著下降，表现为强度减弱、空间范围缩小以及关键区域向西移动。

图9(a, c, e)显示了1980–1999年期间WWV领先Ni?o 3.48个月、5个月和3个月时的领先-滞后相关性；(b, d, f)与(a, c, e)相同，但适用于2000–2023年。虚线区域表示相关性在95%的置信水平下显著。

同样，2000年之后，拉尼娜事件的特征也发生了根本性变化。2000年之前的拉尼娜事件通常是通过从前一个厄尔尼诺事件的快速转变发展而来的。2000年之前（见图6c, 7c），在之前的冬季和发展中的春季，伴随整个太平洋的强西风异常，西太平洋出现了较浅的温跃层，这有利于强烈的单年拉尼娜事件的发生。2000年之后，在类似拉尼娜的背景下，东风异常成为主导特征（见图7d），导致暖水在西太平洋持续积累，维持了“西部深、东部浅”的D20异常模式（见图6d）。这种状态抑制了海洋热含量的调整，有利于拉尼娜事件连续发生。在这种情况下，个别拉尼娜事件发展阶段的WWV放电作用减弱，破坏了其在拉尼娜事件中的前兆作用，直接导致WWV对拉尼娜的预测能力显著下降。

3.3 WWV与ENSO之间的领先关系

通过散点分析首次定量展示了赤道范围内WWV与Ni?o 3.4在各种领先时间下的领先-滞后关系（见图8）。在1980–1999年期间，当WWV领先8个月时（见图8a），WWV与Ni?o 3.4之间存在强相关性（0.75），显示了对正负ENSO事件的稳健预测能力（相关性>0.40）。这与经典的充放电理论一致。2000年之后（见图8b），在8个月领先时间下的预测能力显著下降（总体相关性：0.43）。这种相关性的下降主要是由于负Ni?o 3.4条件的预测能力大幅降低（从0.93降至0.15）。在2000年之前的3个月领先时间（见图8c），相关性仍然较高（0.72）；2000年之后（见图8d），相关性稳定在0.74。负Ni?o 3.4条件的预测能力从0.79降至0.51，而正Ni?o 3.4条件的预测能力有所提高。这些结果表明，特别是在8个月领先时间时，赤道WWV预测ENSO的能力存在不对称变化。

图10(a, c, e)显示了1980–1999年期间WWV领先Ni?o 3.48个月、5个月和3个月时的领先-滞后相关性；(b, d, f)与(a, c, e)相同，但适用于2000–2023年。虚线区域表示相关性在95%的置信水平下显著。

同样，2000年之后，纬向风应力与Ni?o3.4指数之间的领先-滞后相关性在热带太平洋也表现出减弱，尤其是在较长的领先时间（见图10）。总体而言，传统的相关性分析显示，2000年之后WWV和纬向风应力对ENSO的前兆关系普遍减弱。

图11, 12展示了1980–1999年和2000–2023年两个时期WWV与Ni?o3.4指数之间的信息流分布。图11(a)显示，在1980–1999年期间，西赤道太平洋（150°E–180°, 4°S–3°N）的WWV向Ni?o3.4的信息流为负（达到-0.08 nat/month），表明该区域的WWV对ENSO具有显著的稳定作用。相比之下，东赤道太平洋（150°W–100°W, 4°S–3°N）的信息流为正（峰值0.18 nat/month），表明东部的海洋热含量对ENSO具有预测能力，是不稳定的一个来源。2000–2023年期间（见图11b），西太平洋的负信息流增强至-0.10 nat/month，并向西和向南扩展（至140°E–180°, 10°S–3°N），表明WWV的稳定作用增强。同时，东太平洋的正信息流减弱（最大值降至0.12 nat/month），其纬向范围显著缩小（至2°S–2°N），表明东太平洋WWV的不稳定作用减弱，其影响可能向中部太平洋转移。

图11显示了WWV（由D20表示）到Ni?o-3.4指数的信息流：(a) 1980–1999年；(b) 2000–2023年。单位：nat/month。虚线区域表示信息流在95%的置信水平下通过置信度测试。在(a)中，括号覆盖了西太平洋（150°E–180°, 4°S–3°N）和中东部太平洋（150°W–100°, 4°S–3°N）；在(b)中，括号覆盖了西太平洋（140°E–180°, 10°S–3°N）和中东部太平洋（150°W–100°, 2°S–2°N）。

图12显示了2000年之前和之后WWV到Ni?o-3.4指数的信息流分布。在图(a)中，矩形区域覆盖了中太平洋（160°E–160°W，4°S–3°N），而在图(b)中，矩形区域覆盖了西太平洋（150°E–180°，2°S–3°N）。图12展示了从纬向风应力到Ni?o3.4的信息流向。在1980-1999年期间（图12a），一个显著的正向信息流中心（峰值达到0.12 nats/month）位于中至西赤道太平洋（160°E–160°W），表明该区域风应力的影响非常强烈。在2000-2023年期间（图12b），这一高值区域向西移动到了150°E–180°，其强度减弱至大约0.08 nats/month。这清楚地表明，纬向风应力对ENSO的影响在2000年后减弱，关键区域也相应地向西移动。

值得注意的是，尽管东太平洋的纬向风应力与Ni?o-3.4之间存在显著的相关性（图10），但在信息流分析中，该区域并未被认定为关键因果区域。这种差异的出现是因为相关性并不等同于因果关系。东太平洋的纬向风应力异常可能只是对海表温度（SST）变化的响应，而非独立驱动因素，因为东太平洋的信息流相对较弱或没有显著性。相比之下，西太平洋的信息流非常稳健，这证实了它在ENSO预测中的基础性动力作用。

这些分析表明，2000年后西太平洋WWV对ENSO的影响增强，关键区域向南扩展；而东太平洋WWV对ENSO的影响减弱，其范围缩小。西太平洋纬向风应力的影响减弱，关键区域也收缩并向西移动。这种机制转变从信息流的角度为ENSO可预测性的十年变化提供了新的见解。

此外，WWV预测ENSO的关键区域同时存在于西太平洋和东太平洋，而Taux预测ENSO的关键区域主要位于西太平洋。信息流显示，与风应力相比，WWV在预测ENSO方面发挥了更主导的作用，这暗示了海洋记忆的预测能力。

在这项研究中，不对称的十年变化与平均状态的变化以及海气耦合中心的西移有关。大约在2000年，赤道太平洋的平均状态向“拉尼娜型”模式转变。这种平均状态的变化与多年拉尼娜现象的增加有关。一方面，连续的拉尼娜事件减少了拉尼娜事件的可预测性，加剧了ENSO事件的正负不对称性。另一方面，根据补充-释放理论（Jin, 1997），在拉尼娜期间，海洋热含量处于负异常状态，整个热带太平洋（15°S-15°N）的温度层变浅。温度层的整体抬升为海气耦合中心的西移提供了动力背景。我们对信息流的定量分析证实了耦合中心的这一西移。如图11所示，WWV对Ni?o3.4指数有显著影响的关键区域从150°E–180°（1980-1999年）扩展到了140°E–180°（2000-2023年）。同时，纬向风应力对Ni?o3.4指数有影响的关键区域也从160°E–160°W（1980-1999年）向西移动到了150°E–180°（2000-2023年）。这种由平均状态调节的海-大气耦合系统的西移加剧了西太平洋和东太平洋之间的不对称性。

4. 总结与讨论
4.1 总结
本研究从两个方面探讨了WWV预测ENSO能力的十年变化：ENSO事件的正负不对称性和西太平洋与东太平洋之间的不对称性。观测证据表明，2000年后ENSO的变化特征是变异性减少、频率增加以及最大SSTA（Sea Surface Temperature Anomalies）的西移（图1、2）。
补充-释放过程的变异性以及WWV与ENSO之间的领先关系减弱（图3a、b）。这些海洋过程的十年变化在厄尔尼诺（El Ni?o）和拉尼娜（La Ni?a）事件之间表现出显著的不对称性（图3-5）。通过基于时间演变、相图和散点图的复合分析，我们证明了WWV预测厄尔尼诺事件时，补充过程在超过一年的领先时间内依然稳健，预测能力在8个月的领先时间内达到最大。而对于预测拉尼娜事件，2000年后释放过程不那么明显，这主要表现为WWV的最大预测时间从大约8个月缩短到了3个月。这与类似拉尼娜的平均状态（图6）有关，WWV对拉尼娜事件的预测能力下降与2000年后多年拉尼娜事件的增加有关（图7、8）。
本研究还考察了不同领先时间内WWV（纬向风应力）与ENSO之间的领先关系（图9、10）。我们还发现了西太平洋和东太平洋WWV的不对称变化（图11）。利用信息流分析，2000年后西太平洋WWV对ENSO的稳定作用增强，关键区域向南扩展（从4°S–3°N到10°S–3°N），而东太平洋WWV对ENSO的不稳定作用减弱，其范围缩小（从4°S–3°N到2°S–2°N）。特别是在2000年之后的西太平洋，不仅赤道地区的WWV重要，南半球非赤道地区（6°S–10°S）的WWV也具有重要意义。此外，WWV预测ENSO的关键区域同时位于西太平洋和东太平洋，覆盖的范围比纬向风应力预测ENSO的关键区域更广（图12）。
4.2 讨论
Zhang等人（2019）强调了ENSO空间模式的变化（例如，中太平洋与东太平洋类型），我们的结果突出了WWV预测厄尔尼诺和拉尼娜的不对称变化。2000年之前，拉尼娜事件通常发生在厄尔尼诺之后，并且表现出明显的释放过程。2000年后，拉尼娜事件更频繁地以多年事件的形式出现，缺乏典型的释放过程。这种多年拉尼娜事件的增加可能与2000年后类似拉尼娜的平均状态有关，其特征是西太平洋的温度层变深，而东太平洋的温度层变浅。
先前的研究已经关注了西太平洋和南太平洋热含量在ENSO预测中的重要性。例如，之前的研究（如Planton等人，2018年；Izumo等人，2019年）表明，赤道（5°S-5°N）西太平洋WWV指数是比整个盆地指数更好的长期预测指标。另一项研究（Yang等人，2025年）指出，南太平洋非赤道海平面异常是一个有效的预测指标，强调了约15°S附近的罗斯贝波（Rossby waves）的作用。通过严格的因果分析，我们的工作明确了西太平洋和东太平洋的关键WWV区域，并揭示了它们在2000年左右的十年变化。这些结果进一步扩展了我们对WWV与ENSO联系的理解。具体来说，我们发现2000年之前，西太平洋WWV的关键区域局限于赤道带（4°S-3°N），而2000年后，赤道西太平洋WWV的影响增强，关键区域扩展到了非赤道地区（6°-10°S）。
本研究的主要创新之处在于：之前的研究记录了2000年左右热带太平洋气候系统的十年变化及其对ENSO变异性和可预测性的影响（McPhaden, 2012；Timmermann等人，2018；Hu等人，2020）。大多数早期研究将ENSO视为一个整体系统，并关注整个盆地的预测能力（Meinen和McPhaden，2000；Bunge和Clarke，2014）。我们的结果也显示，2000年后WWV对ENSO的预测时间缩短。然而，通过区分厄尔尼诺和拉尼娜，我们进一步揭示了一个强烈的不对称十年变化：拉尼娜的预测能力显著下降（领先时间从8个月减少到3个月），而厄尔尼诺的预测能力在超过8个月的领先时间内仍然稳健。这种不对称性与2000年后多年拉尼娜事件的增加密切相关，这一机制之前尚未与WWV预测能力的下降联系起来。
应用信息流因果框架（Liang, 2014, Liang, 2016）来区分西太平洋和东太平洋WWV的因果作用，本研究发现西太平洋WWV对ENSO具有稳定作用，而东太平洋WWV则具有不稳定作用。2000年后，西太平洋WWV的稳定作用增强，其关键区域向南扩展至10°S–3°N，南半球的非赤道WWV（6°S–10°S）变得具有统计学意义。同时，东太平洋WWV的不稳定作用减弱，其有效区域从4°S–3°N缩小到2°S–2°N。与早期强调风反馈变化的研究（Neske和McGregor，2018；Timmermann等人，2018）相比，本研究通过量化区域稳定和不稳定效应，提供了2000年后WWV预测能力下降的新解释。
ENSO预测仍然是一个挑战，尤其是在长时间领先的情况下。WWV作为海洋热含量的代表，是最广泛使用的ENSO预测指标。本文探讨了WWV预测厄尔尼诺和拉尼娜事件能力的不对称变化及其原因。此外，本研究还利用信息流分析了西太平洋和东太平洋WWV的不同作用和变化。文章还讨论了西太平洋的赤道和非赤道WWV。在2000年左右的太平洋平均状态和ENSO属性变化背景下，我们的研究将为使用WWV预测ENSO提供新的见解。