科研进展

Innovation: ENSO与印度夏季风关系自1999/2000出现年代际增强

  印度夏季风覆盖了人口稠密的南亚地区,其在6–9月带来的降水占全年降水总量的70%,对当地的农业生产和社会经济发展有重要的影响,因此印度夏季风的变化会影响印度地区十几亿人口的生活生产。自20世纪30年代,英国Walker爵士发现大气的南方涛动(后与厄尔尼诺、拉尼娜联系起来,合称ENSO)和印度夏季风降水的异常存在密切的关系之后,ENSO被认为是影响印度夏季风的重要因子,随后基于物理过程的气候经验预测模型开始在世界各地开展起来,开启了现代气候学的新时代。

  20世纪末,得益于更长时间观测资料的获取,印度气候学家Kumar教授于1999年发表在《Science》的研究论文指出ENSO和印度夏季风降水的关系并不稳定,自20世纪70年代以来二者的关系开始逐渐减弱。这一问题迅速成为国际气候学的研究热点,气候学研究进而深入到“年际关系的年代际转变”上。随着问题的深入,相关研究变得异常复杂且艰巨,其物理机制不明,一直是国际气候学研究的重大挑战。特别是,20世纪70年代的这次转变在时间上和全球变暖的长期趋势契合,因此,这到底是大自然内部的年代际变化还是全球变暖趋势所致,也存在争议。
  近日,大气物理研究所黄平课题组最新研究指出,在20世纪90年代末期,ENSO和印度夏季风的关系开始出现新的年代际转变——开始增强(图1)。
图1 Nino3指数与印度夏季风的19年滑动相关
  研究进一步指出不同于ENSO空间形态的多样性,ENSO时间演变的多样性是根本原因,并通过大西洋的响应作为桥梁来传递ENSO信号。该研究发现夏季ENSO的状态存在两个不同的时间演变,有些ENSO从上一个冬季就存在,一直持续到次年夏季,他们将此称为延续型ENSO(Continuing ENSO),主要发生在1979–1997年;而另外一些ENSO从夏季才出现,称为新发型ENSO(Emerging ENSO),主要发生在2000–2018年。
  延续型和新发型ENSO通过大气Walker环流对印度夏季风的直接影响几乎没有差别。但在延续型ENSO下,由于其已经存在半年之久,它对全球海温有着重要影响,尤其是南大西洋,该区域的海温异常随后会通过Gill mode响应增强印度降水。这样ENSO对印度夏季风的直接大气影响被干扰,使得ENSO和印度夏季风降水的关系减弱。而在新发型ENSO下,南北大西洋海温异常均较弱且基本相当,对ENSO的直接大气影响造成干扰较弱且北大西洋通过Rossby wave响应抵消了南大西洋的Gill mode响应所带来的印度降水异常,ENSO和印度夏季风降水的关系增强(图2–4)。
  黄平研究员表示,“过去大家都关注不同空间位置的ENSO影响,而ENSO时间演变的多样性从一个新的角度让我们可以了解ENSO的特征和影响,这有助于未来更好地摸清ENSO的‘脾气’。而随着观测资料的日益丰富和时效性的增加,我们也将有机会从更广阔的角度去关注洋盆间相互作用的特征以及对气候变化的影响。这也必将加快我们对自然界中年代际信号转变的了解。”
图2 不同ENSO组别下的海温异常合成图
图3 不同ENSO组别下的降水异常合成图
图4 不同时期,ENSO影响印度季风的机制图
  上述研究成果发表在期刊《The Innovation》上,博士研究生杨显轲为本文第一作者,研究得到国家重点研发计划(2019YFA0606703)、国家自然科学基金项目(41722504,41975116)和中国科学院青年创新促进会的资助。
  Yang X., Huang P. (2021). Restored relationship between ENSO and Indian summer monsoon rainfall around 1999/2000. The Innovation. 2(2),100102.
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