印度洋偶极子（IOD）是发生在热带印度洋的重要年际变率之一，对印度洋周边和东亚地区天气气候具有重要影响。现阶段，观测资料长度尚不足以研究IOD的长期变化。古气候研究可以基于多种真实发生过的气候情景分析IOD的变化特征和机制，有助于加深理解热带气候变率和气候背景之间的联系。本研究采用国际古气候模拟比较计划第4阶段共14个模式的试验数据，分析了末次间冰期（约127千年前）IOD变化及其与背景环流变化间的关系。
研究结果显示，相对于工业化革命前这一参考时段，末次间冰期IOD发生频率显著降低、空间结构明显变化。在整个IOD的发展和成熟季节，东极冷异常向西延伸，西极暖异常整体一致减弱；东极冷异常仅在IOD发展的初始阶段有明显增强，此后强度变化不大。总体而言，成熟期IOD强度减弱了11%，尽管65%的模式可以一致模拟该时期IOD减弱，但根据t检验该变化仍不够显著。
温跃层热收支诊断显示该时期IOD变化与气候平均态变化密切相关。在IOD发展阶段，轨道变化引起的全球日照量增加放大了海陆间和半球间的热力差异，这进一步导致太平洋副热带反气旋增强、北非–南亚夏季风降水增加。增强的太平洋副热带反气旋和亚非夏季风降水共同增强了印度洋–太平洋赤道上的低层东风。因此，印度洋赤道上向西的平均海流增强，在正IOD事件发生期间向西输送更多的异常冷水，导致东极冷异常向西延伸并更早发展、西极暖异常减弱。此外，先期热带印度洋中部增强的IOD冷异常使得纬向扰动温度梯度减弱，导致后期纬向平流输送变化相较于前期而言减弱，因此东极冷异常后期变化不显著。此外，合成分析表明末次间冰期ENSO减弱并不会导致IOD减弱，而是导致ENSO与IOD之间的线性关系减弱。
末次间冰期通常被认为是未来增暖的相似型，这种类比对于平均状态变化而言或许成立，因为模式对两个时期的模拟结果均显示印度洋海温变化表现为类似正IOD的分布形态。对于IOD本身而言，尽管预估的IOD变化幅度还存在很大不确定性，但研究普遍认为，未来温跃层反馈增强和大气静力稳定度增强导致的大气反馈减弱在IOD变化过程中起着至关重要的作用，而纬向平流的影响可以忽略不计。然而，在轨道变化引起的末次间冰期和中全新世等暖期(Liu et al.，2023)，纬向平流的变化在IOD变化中起主导作用。这种差异表明，对于IOD变化而言，将末次间冰期视为全球变暖的相似型是不合适的。
论文信息：
Liu, S.*, Yuan, C., Behera, S., Luo, J.-J., & Yamagata, T. (2024). Indian Ocean Dipole changes during the Last Interglacial modulated by the mean oceanic climatology. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL106153. https://doi.org/10.1029/2023GL106153
Liu, S.*, Yuan, C., Luo, J.-j., Ma, X., Zhou, X., & Yamagata, T. (2023). Weakening of the Indian Ocean Dipole in the mid-Holocene due to the mean oceanic climatology change. Journal of Climate, 36(16), 5363–5380. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0878.1
Figure 1. Changes in mean states between LIG and preindustrial periods. (a) Top-of-atmosphere insolation in the angular-fixed calendar, (b) surface temperature, (c) 850-hPa geopotential height and horizontal winds, (d) precipitation, and (e) seawater potential temperature. Cross-hatching denotes statistical significance below the 95% confidence level. Lines in (d) indicate thermoclines defined as the depths with maximum vertical temperature gradients.
Figure 2. Changes in IOD characteristics. The spatial distribution during ASON of (a) IOD composite SST anomalies (SST¢) for LIG and preindustrial periods, and (b) changes between the two periods (ΔSST¢). The box plot for temporal evolutions of (c) ΔDMI¢ and (d) regional averages of ΔSST¢ in the WEIO, CEIO, and SEIO. In (b), cross-hatching denotes statistical significance below the 95% confidence level, and the red dashed rectangles denote WEIO, CEIO, and SEIO zones. In (c–d), purple/grey filled boxes indicate the significance above/below the 95% confidence level.