海洋所揭示南大西洋-南印度洋年代際雙生偶極子模態(tài)機(jī)制
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王凡團(tuán)隊(duì)李元龍課題組在南半球海溫年代際變率研究方面取得新進(jìn)展,研究成果“The Decadal Twin Dipoles in the Southern Atlantic and Indian Oceans”發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Geophysical Research Letters。
南大西洋-南印度洋(SAIOs)的生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和漁業(yè)資源深受氣候變化影響,但對(duì)其年代際及更長(zhǎng)時(shí)間尺度上的氣候變率的研究仍不夠深入。本研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的年代際海表溫度(SST)模態(tài),表現(xiàn)為兩個(gè)海盆中同時(shí)出現(xiàn)西南-東北向的偶極子結(jié)構(gòu)(圖1),因此命名為“大西洋-印度洋雙生偶極子”(Atlantic-Indian Twin Dipoles, AITDs)。AITDs的東北極分別位于Benguela Ni?o(BN)和Ningaloo Ni?o(NN)所在區(qū)域,其負(fù)位相有利于BN與NN的同步發(fā)生。
通過(guò)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)、LICOM3海洋模式實(shí)驗(yàn)和CESM-LE氣候模式模擬,本研究發(fā)現(xiàn)AITDs與副熱帶高壓異常密切相關(guān)。大氣環(huán)流異常與氣候態(tài)場(chǎng)之間的復(fù)雜相互作用,對(duì)局地海氣熱通量產(chǎn)生多樣化的影響(圖2)。在南印度洋,AITDs的SST異常主要受風(fēng)速和大氣平流擾動(dòng)的湍流熱通量的控制;而在南大西洋,AITDs的SST異常則主要受到云控制的短波輻射加熱以及風(fēng)驅(qū)動(dòng)的沿岸動(dòng)力過(guò)程影響。本研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了太平洋年代際振蕩(IPO)和南半球環(huán)狀模(SAM)對(duì)SAIO副熱帶高壓年代際變率的共同貢獻(xiàn),而大西洋多年代際振蕩(AMO)的作用甚微。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)十年南半球氣候變化和區(qū)域SST極端事件具有深遠(yuǎn)意義。具體而言,SAM的近期趨穩(wěn)以及IPO的下降趨勢(shì)可能誘發(fā)AITDs的負(fù)位相,進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)烈且持續(xù)的沿岸海洋熱浪。這類事件將擾亂海洋生態(tài)系統(tǒng),并通過(guò)影響陸地降水和沿岸海平面,可能在非洲和澳大利亞造成洪水與干旱等災(zāi)害性后果,帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生命損失。

圖1 EOF分析得到的AITDs的(a)空間模態(tài)和(b)時(shí)間序列(綠線)和定義的AITD指數(shù)(紅線)。(c)對(duì)AITD指數(shù)回歸得到的SST異常(填色)和表面風(fēng)異常(箭頭)。(d)同(c),但結(jié)果來(lái)自CESM-LE模擬。圖中的矩形框表示用來(lái)定義AITD指數(shù)的西南大西洋(25°–35°S,30°–10°W)、東南大西洋(10°–30°S,5°–15°E)、西南印度洋(25°–35°S,50°–70°E)和東南印度洋(15°–25°S,95°–115°E)區(qū)域。

圖2 AITDs機(jī)制的示意圖。填色表示回歸到AITD指數(shù)的SST異常(紅色代表變暖,藍(lán)色代表變冷)。等值線表示回歸到AITD指數(shù)的海平面氣壓(SLP)異常(細(xì)實(shí)線表示高壓,粗實(shí)線為0 Pa,虛線表示低壓)。該結(jié)果基于CESM-LE模擬。圖中藍(lán)色和紅色箭頭表示熱通量輸送的方向,正負(fù)號(hào)分別表示變量的增強(qiáng)與減弱。印度洋中的黑色彎曲箭頭表示大氣平流過(guò)程,綠色箭頭表示表面風(fēng)速方向。非洲西南沿海和澳大利亞西北沿海附近的黑色圓圈和實(shí)點(diǎn)表示由深層向表層的上升流過(guò)程。起源于太平洋和南大洋、指向SAIOs中低緯度地區(qū)的綠色箭頭,表示太平洋年代際振蕩(IPO)和南半球環(huán)狀模(SAM)對(duì)SAIOs中低緯度大氣環(huán)流的調(diào)控作用。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所畢業(yè)博士研究生高興,通訊作者為海洋所李元龍研究員,合作者包括大氣所林鵬飛研究員、南海所張磊研究員、海洋所王凡研究員等。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
論文信息:
Gao, X., Li, Y.*, Lin, P., Zhang, L., Lu, Y., Ren, Q., et al. (2025). The decadal Twin Dipoles in the Southern Atlantic and Indian Oceans. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL115115. https://doi.org/10.1029/2025GL115115
相關(guān)研究:
Gao, X., Li, Y.*, Lin, P., Zhang, L., Ren, Q., Lu, Y., Wang, F. (2023). Origins of Multidecadal SST Variations in the Southern Atlantic and Indian Oceans since the 1960s, Geophysical Research Letters, 50, e2022GL101735, https://doi.org/10.1029/2022GL101735
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