科研进展

NCC: 全球变暖使未来强印度洋偶极子事件增加

  2019年的秋季和冬季,澳大利亚经历了严重的森林大火,造成至少30人死亡,170000km2土地被烧,3000个建筑被损坏。与此同时,东非及印度地区却发生了严重的洪涝灾害。造成这两种极端灾害事件的原因是2019年秋季发生的强正位相印度洋偶极子(Positive Indian Ocean Dipole, pIOD)事件。   

  

2019年澳大利亚森林大火。图片来自网络) 

  pIOD是指热带印度洋海温异常的东(负异常)西(正异常)向偶极子模态;通常从北半球夏季开始发展,并在秋季到达成熟期。由于在pIOD期间印度洋热带对流区向西移动,导致澳大利亚降水减少,并形成干旱,高温热浪和森林大火等极端天气;而在东非地区则造成严重洪涝灾害。 

    

  

pIOD发生时的海温及环流异常示意图。图片来自NOAA Climate.gov 

  全球变暖对pIOD的影响一直以来都是该领域的重点研究课题,然而,前人基于多模式的研究结果表明模式中pIOD对全球变暖的响应缺乏一致性。 

  20201130日,中国科学院大气物理研究所黄刚研究团队与澳大利亚联邦科学与工业研究组织蔡文炬院士团队合作,在Nature climate change上发表题为“Opposite response of strong and moderate positive Indian Ocean Dipole to global warming”的研究论文。该研究指出,不同模式中pIOD的模态具有很大差别,前人基于传统的DMI(Dipole mode index,指热带东印度洋(10oS-0o, 90oE-110oE)和西印度洋(10oS-10oN, 50oE-70oE)海温异常的差异)指数的研究并不能够充分考虑模式之间的差异。该研究还指出强pIOD事件与弱pIOD事件的发生机制不同,因此需要建立不同指数,将两种pIOD分开进行研究。 

  利用热带印度洋EOF(经验正交函数分析)前两个主模态,研究人员分别建立了强pIOD和弱pIOD指数,并将其应用到CMIP5/6模式中。研究发现,模式中基于新指数的强pIOD和弱pIOD变率的变化规律具有很好的一致性,总体表现为未来强pIOD的变率将会增加,而弱pIOD的变率将会减小 (1) 

  全球变暖背景下,热带印度洋西部海温升温强于东部,导致对流区向西部移动,有利于赤道东风异常向西发展,并激发对强pIOD事件有重要贡献的非线性过程,导致强pIOD事件发生概率增加;而由于未来印度洋低层大气升温速度高于表层,导致大气更加稳定,赤道印度洋纬向风变率减弱,减弱了对弱pIOD有主要贡献的罗斯贝波,使得弱pIOD事件发生概率减少。该研究的主要参与者,大气物理研究所博士后杨凯指出。 

  黄刚研究员特别强调,我们的研究指出如2019年这样的强pIOD事件发生的概率在全球变暖背景下将会从历史阶段每13年左右发生一次发展成为未来每8年发生一次,也就是说未来东非地区的洪涝灾害,以及澳大利亚的干旱和严重森林大火将会更加频繁。这进一步强调了减排的重要性 

  

1. a. M-index(描述弱pIOD事件)的未来变率(2000-2099的标准差,RCP85情景下)与历史阶段(1900-1999的标准差)相比总体减弱,20个模式中有18个模式都表现出未来弱pIOD变率减少。b. S-index(描述强pIOD事件)的未来变率(2000-2099的标准差,RCP85)与历史阶段(1900-1999的标准差)相比总体增强,20个模式中有17个模式都表现出未来强pIOD变率增加。    

  文章链接: 

  Cai, W. et al. (2020) Opposite response of strong and moderate positive Indian Ocean Dipole to global warming, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-020-00943-1. https://www.nature.com/articles/s41558-020-00943-1

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