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Nature:近千年印度洋偶极子变化规律

本站小编 Free考研/2020-05-30

印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)是指印度洋西部和东部海表温度差,通过海气耦合作用,对印度洋盆周围地区气候和环境产生重要影响。简单的类比,可以把IOD看作是印度洋的厄尔尼诺-拉尼娜现象。Saji et al.(1999)发现并定义了IOD事件(图1):当正IOD(positive IOD, pIOD)事件发生时,西印度洋海温偏高,东印度洋海温偏低,会导致印太暖池海温偏低,印度洋沃克环流减弱,引起亚洲、澳洲、非洲气候的变化(例如东非的暴雨、印度尼西亚和澳大利亚南部干旱)。有研究指出:pIOD发生时,导致澳大利亚干旱,有助于丛林大火的发生(Cai et al., 2009)。值得注意的是,2019年是pIOD事件,同年澳大利亚的丛林大火持续数月。

图1 6次IOD正相位的海温分布(Saji et al., 1999)
  关于IOD事件的变化历史、发生机制以及未来可能的变化,虽然开展了大量的研究,目前对上述科学问题的认识,还不全面。IOD作为一种气候震荡现象,会受到自然气候变率和人类活动的共同作用。器测资料表明,自1960年以来,pIOD事件的频率显著增加,其原因可能是全球变暖导致的,气候模式的结果揭示出未来全球增温的场景下会导致pIOD事件的频率增加(Cai et al., 2014)。Abram et al.,(2008)基于印度洋珊瑚重建IOD过去160年的变化历史,揭示出1960年以来pIOD事件的频率显著增加。过去280年云南地区季风降水重建结果表明,自1970年以来干旱事件增多,原因在于pIOD事件的增多(Xu et al., 2019)。上述pIOD事件增多的原因仍有争议,人类活动导致,还是自然变率的结果,还很难说,一方面气候模式会高估pIOD事件的频率和强度(Abram et al., 2020),另一方面现代观测记录受到人类活动和自然变率的共同影响,很难区分二者的贡献。因此,长序列IOD变化历史的重建,获取其自然变率的变化,对评估其现在和未来的变化尤为重要。

图2 利用印度洋东部珊瑚氧同位素重建了过去千年IOD变化历史(Abram et al., 2020)
  Abram et al.(2008)利用印度洋东部和西部珊瑚重建东西印度洋的海表温度,进而获取了IOD在过去160年的变化历史。由于无法在印度洋西部获取千年的珊瑚样品,也就无法基于印度洋东部和西部的海温差重建IOD近千年的变化。Abram et al. (2020) 发现印度洋东部珊瑚氧同位素与IOD关系一致性很好,可用于重建IOD的变化。因此,Abram 团队利用该地的珊瑚氧同位素重建了过去千年IOD变化历史(图2),成果发表于Nature
  研究结果表明:pIOD事件发生的频率确实在1960年以来有显著的增加,但近年来pIOD事件的强度并没有超出过去1000年自然变率的范围。1997年是近年来最强的pIOD事件(图3a),但其强度仍弱于1675年的pIOD事件(近1000年强度最大的pIOD事件,图3b)。1675年气候外强迫因素并没有显著变化,发现该年的pIOD事件与外强迫因素(例如火山活动等)无关,揭示了即使在没有气候外强迫要素的显著影响下,气候系统内部就可以产生极端的pIOD事件。

图3 印度洋东部珊瑚氧同位素记录的1997年(a)和1675年(b)pIOD事件(Abram et al., 2020)
  Abram 团队又对IOD的变率(以30年标准差来衡量)进行了分析,发现近50年来IOD的变化幅度增大,但并没有超过过去1000年的自然变率(图4b,蓝线)。17世纪中下叶IOD的变化幅度为近1000年中最大值,高于近50年的变化幅度,而17世纪中下叶全球温度明显低于近50年(图4a)。通过地质记录和气候模式IOD变率与ENSO变率的对比,发现地质记录和气候模式里IOD变率与ENSO变率具有较好的一致性(图4c),揭示了印度洋和太平洋海温变化的耦合关系。

图4 不同记录的对比。a.全球温度变化;b.IOD(蓝色)和ENSO(红色)的变率(30年滑动标准差);c.地质记录重建IOD和ENSO的变率关系;d.东西太平洋温度差;e.中太平洋型ENSO与东太平洋型ENSO的比值;f.显著性估计(Abram et al., 2020)
  上述研究的开展,首次重建了过去1000年IOD的变化历史,揭示出无明显气候外强迫变化下,气候系统也会产生极端的pIOD事件。  
  主要参考文献
  Abram N J, Gagan M K, Cole J E, et al. Recent intensification of tropical climate variability in the Indian Ocean[J]. Nature Geoscience, 2008, 1(12): 849-853.(链接
  Abram N J, Wright N M, Ellis B, et al. Coupling of Indo-Pacific climate variability over the last millennium[J]. Nature, 2020, 579: 385–392.(链接
  Cai W, Cowan T, Raupach M. Positive Indian Ocean dipole events precondition southeast Australia bushfires[J]. Geophysical Research Letters, 2009, 36(19).(链接
  Cai W, Santoso A, Wang G, et al. Increased frequency of extreme Indian Ocean Dipole events due to greenhouse warming[J]. Nature, 2014, 510(7504): 254-258.(链接
  Saji N H, Goswami B N, Vinayachandran P N, et al. A dipole mode in the tropical Indian Ocean[J]. Nature, 1999, 401(6751): 360-363.(链接
  Xu C, An W, Wang S Y S, et al. Increased drought events in southwest China revealed by tree ring oxygen isotopes and potential role of Indian Ocean Dipole[J]. Science of The Total Environment, 2019, 661: 645-653.(链接
(撰稿:许晨曦/新生代室)
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