Nature：近千年印度洋偶極子變化規律
印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole, IOD）是指印度洋西部和東部海表溫度差，通過海氣耦合作用，對印度洋盆周圍地區氣候和環境產生重要影響。簡單的類比，可以把IOD看作是印度洋的厄爾尼諾-拉尼娜現象。Saji et al.（1999）發現並定義了IOD事件（圖1）：當正IOD（positive IOD, pIOD）事件發生時，西印度洋海溫偏高，東印度洋海溫偏低，會導致印太暖池海溫偏低，印度洋沃克環流減弱，引起亞洲、澳洲、非洲氣候的變化（例如東非的暴雨、印度尼西亞和澳大利亞南部乾旱）。有研究指出：pIOD發生時，導致澳大利亞乾旱，有助於叢林大火的發生（Cai et al., 2009）。值得注意的是，2019年是pIOD事件，同年澳大利亞的叢林大火持續數月。
圖1 6次IOD正相位的海溫分佈（Saji et al., 1999）
關於IOD事件的變化歷史、發生機制以及未來可能的變化，雖然開展了大量的研究，目前對上述科學問題的認識，還不全面。IOD作為一種氣候震盪現象，會受到自然氣候變率和人類活動的共同作用。器測資料表明，自1960年以來，pIOD事件的頻率顯著增加，其原因可能是全球變暖導致的，氣候模式的結果揭示出未來全球增溫的場景下會導致pIOD事件的頻率增加（Cai et al., 2014）。Abram et al.,（2008）基於印度洋珊瑚重建IOD過去160年的變化歷史，揭示出1960年以來pIOD事件的頻率顯著增加。過去280年雲南地區季風降水重建結果表明，自1970年以來乾旱事件增多，原因在於pIOD事件的增多（Xu et al., 2019）。上述pIOD事件增多的原因仍有爭議，人類活動導致，還是自然變率的結果，還很難說。一方面氣候模式會高估pIOD事件的頻率和強度（Abram et al., 2020），另一方面現代觀測記錄受到人類活動和自然變率的共同影響，很難區分二者的貢獻。因此，長序列IOD變化歷史的重建，獲取其自然變率的變化，對評估其現在和未來的變化尤為重要。
圖2 利用印度洋東部珊瑚氧同位素重建了過去千年IOD變化歷史（Abram et al., 2020）
Abram et al.（2008）利用印度洋東部和西部珊瑚重建東西印度洋的海表溫度，進而獲取了IOD在過去160年的變化歷史。由於無法在印度洋西部獲取千年的珊瑚樣品，也就無法基於印度洋東部和西部的海溫差重建IOD近千年的變化。Abram et al. (2020) 發現印度洋東部珊瑚氧同位素與IOD關係一致性很好，可用於重建IOD的變化。因此，Abram 團隊利用該地的珊瑚氧同位素重建了過去千年IOD變化歷史（圖2），成果發表於Nature。
研究結果表明：pIOD事件發生的頻率確實在1960年以來有顯著的增加，但近年來pIOD事件的強度並沒有超出過去1000年自然變率的範圍。1997年是近年來最強的pIOD事件（圖3a），但其強度仍弱於1675年的pIOD事件（近1000年強度最大的pIOD事件，圖3b）。1675年氣候外強迫因素並沒有顯著變化，發現該年的pIOD事件與外強迫因素（例如火山活動等）無關，揭示了即使在沒有氣候外強迫要素的顯著影響下，氣候系統內部就可以產生極端的pIOD事件。
圖3 印度洋東部珊瑚氧同位素記錄的1997年（a）和1675年（b）pIOD事件（Abram etal., 2020）
Abram 團隊又對IOD的變率（以30年標準差來衡量）進行了分析，發現近50年來IOD的變化幅度增大，但並沒有超過過去1000年的自然變率（圖4b，藍線）。17世紀中下葉IOD的變化幅度為近1000年中最大值，高於近50年的變化幅度，而17世紀中下葉全球溫度明顯低於近50年（圖4a）。通過地質記錄和氣候模式IOD變率與ENSO變率的對比，發現地質記錄和氣候模式裡IOD變率與ENSO變率具有較好的一致性（圖4c），揭示了印度洋和太平洋海溫變化的耦合關係。
圖4 不同記錄的對比。a.全球溫度變化；b.IOD（藍色）和ENSO（紅色）的變率（30年滑動標準差）；c.地質記錄重建IOD和ENSO的變率關係；d.東西太平洋溫度差；e.中太平洋型ENSO與東太平洋型ENSO的比值；f.顯著性估計（Abram et al., 2020）
上述研究的開展，首次重建了過去1000年IOD的變化歷史，揭示出無明顯氣候外強迫變化下，氣候系統也會產生極端的pIOD事件。
主要參考文獻
Abram N J,Gagan M K, Cole J E, et al. Recent intensification of tropical climatevariability in the Indian Ocean[J]. Nature Geoscience, 2008, 1(12): 849-853.
Abram N J,Wright N M, Ellis B, et al. Coupling of Indo-Pacific climate variability overthe last millennium[J]. Nature, 2020, 579: 385–392.
Cai W,Cowan T, Raupach M. Positive Indian Ocean dipole events precondition southeastAustralia bushfires[J]. Geophysical Research Letters, 2009, 36(19).
Cai W,Santoso A, Wang G, et al. Increased frequency of extreme Indian Ocean Dipoleevents due to greenhouse warming[J]. Nature, 2014, 510(7504): 254-258.
Saji N H,Goswami B N, Vinayachandran P N, et al. A dipole mode in the tropical IndianOcean[J]. Nature, 1999, 401(6751): 360-363.
Xu C, AnW, Wang S Y S, et al. Increased drought events in southwest China revealed bytree ring oxygen isotopes and potential role of Indian Ocean Dipole[J]. Scienceof The Total Environment, 2019, 661: 645-653.
（撰稿：許晨曦/新生代室）
校對：張 崧
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