厄爾尼諾現(xiàn)象，是赤道中、東太平洋海表溫度持續(xù)異常升溫的周期性氣候現(xiàn)象，平均每2-5年發(fā)生一次，對全球氣候具有重大影響。厄爾尼諾現(xiàn)象會(huì)造成全球不同地區(qū)的異常溫度變化，以及干旱或強(qiáng)降雨等現(xiàn)象。及早并準(zhǔn)確地預(yù)測厄爾尼諾的發(fā)生以及強(qiáng)度，對預(yù)防或降低其帶來的全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)等方面的損失意義重大。 2019年12月24日，由北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院陳曉松教授參與指導(dǎo)的一篇關(guān)于厄爾尼諾預(yù)測的文章已在線發(fā)表在美國科學(xué)院院刊PNAS上，首次克服了長久以來困擾厄爾尼諾預(yù)測的“春季預(yù)測障礙” （即無法在厄爾尼諾發(fā)生的那一年的春季或更早給出準(zhǔn)確預(yù)測），將對厄爾尼諾現(xiàn)象的發(fā)生，特別是強(qiáng)度的預(yù)測提前一年。 該文作者提出了一套基于信息熵理論的全新的方法——System Sample Entropy——用來計(jì)算厄爾尼諾區(qū)域（Nino 3.4）近海平面空氣或海表溫度的復(fù)雜度（包括溫度隨時(shí)間變化的無序性以及不同地點(diǎn)溫度變化的同步性或相干性）。利用這一方法，作者們發(fā)現(xiàn)了Nino 3.4區(qū)域溫度變化的復(fù)雜度與厄爾尼諾現(xiàn)象強(qiáng)度存在著非常強(qiáng)和穩(wěn)定的線性關(guān)系，即一年內(nèi)（1月1日-12月31日）Nino 3.4區(qū)域的溫度變化復(fù)雜度越大，那么下一年發(fā)生的厄爾尼諾事件的強(qiáng)度就越大。基于這一發(fā)現(xiàn)，作者們提出了一套基于每年Nino 3.4 區(qū)域溫度變化復(fù)雜度的大小（由該區(qū)域 System Sample Entropy 量化）來預(yù)測來年厄爾尼諾發(fā)生及其強(qiáng)度的方法。該方法目前成功的預(yù)測了1984至2019年期間10個(gè)厄爾尼諾事件中的9個(gè)事件的發(fā)生年份，以及24個(gè)沒有厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生的年份當(dāng)中的21個(gè)，特別是對厄爾尼諾強(qiáng)度預(yù)測的平均誤差僅為0.23攝氏度。 對于剛剛到來的2020年，基于文中提出的System Sample Entropy的方法，作者們預(yù)測厄爾尼諾將有很大概率會(huì)在本年下半年再次發(fā)生，并發(fā)展為一個(gè)中等強(qiáng)度甚至高強(qiáng)度的厄爾尼諾事件，其預(yù)測強(qiáng)度為1.48+-0.25攝氏度。 目前傳統(tǒng)的厄爾尼諾預(yù)測方法只能在提前6個(gè)月范圍內(nèi)給出比較準(zhǔn)確的預(yù)測，而這對于提前預(yù)防厄爾尼諾帶來的一系列嚴(yán)重影響是非常局限的。這一新的預(yù)測方法，將對厄爾尼諾的預(yù)測時(shí)間提前到了每年一月。這對于提前采取行動(dòng)，控制和降低這一現(xiàn)象所帶來的一系列全球范圍內(nèi)的消極影響，將意義重大！ 此工作由德國波茨坦氣候影響研究所 （PIK）樊京芳博士作為通訊作者，PIK 的Jürgen Kurths教授，Hans Joachim Schellnhuber教授以及北京師范大學(xué)陳曉松教授等參與共同完成。陳曉松教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組多年來一直從事統(tǒng)計(jì)物理和復(fù)雜系統(tǒng)及相關(guān)課題的研究，特別是近年來專注于地球復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化及預(yù)測。