东南非季风区多时间尺度水文气候偶极模态的驱动机制与古气候证据

本研究通过整合现代观测、再分析数据和8千年区域古气候代用记录，揭示了东南非季风区(SAMD)降水偶极模态（热带东非TEA与东南非SEA的反相位变化）的多尺度驱动机制。发现印度洋海温模态（IOD/SIOD/IOB）与ENSO的协同作用主导了该偶极模态的长期演化，为理解全球季风系统响应海气耦合过程提供了新视角。

　　

在广袤的东南非季风区，每当夏季来临，热带辐合带(ITCZ)的南移会带来丰沛降雨，但一个奇特现象长期困扰着气候学家——热带东非(TEA)与东南非(SEA)的降水如同"跷跷板"般呈现此消彼长的偶极模态。这种空间跨度达30个纬度、50个经度的水文气候分异，在日际至千年尺度均有记录，但其驱动机制是否具有时间普适性？不同海盆的海表温度(SST)如何协同调控？这些问题的解答对预测区域气候变化至关重要。

中国的研究团队在《Global and Planetary Change》发表的研究，创新性地融合了现代观测（GPCP降水数据、ERSSTv5海温数据）与8千年高分辨率古气候代用记录（如石笋δ¹⁸O），通过多尺度对比分析揭示了偶极模态的持久性及其驱动机制。关键技术包括：1）利用Hovm?ller图解析ITCZ季节性迁移；2）基于EOF分解识别主导气候模态；3）构建千年尺度SST-降水统计模型；4）整合12个古气候档案进行时空重建。

主要发现

1. 现代气候驱动分异：印度洋偶极子(IOD)主导TEA降水变异，而ENSO则通过调控西南印度洋(SWIO)环流影响SEA。当IOD正相位时，西印度洋异常增暖使TEA降水增加，同时通过激发大气遥相关抑制SEA对流。

2. 古气候证据的时空延续性：在8.2ka和4.2ka等重大气候事件中，代用指标显示TEA-SEA降水反相关系数达-0.71（p<0.01），证实偶极模态具有跨千年稳定性。石笋记录揭示该模态与印度洋-太平洋SST梯度变化同步。

3. 海温模态的尺度依赖性：短时间尺度（年际）上IOD和ENSO占主导，而长时间尺度（百年以上）则转为副热带印度洋偶极子(SIOD)和印度洋海盆模(IOB)主导。这种转变与太平洋经向模态(PMV)的长期强迫有关。

4. 放大机制：SIOD与ENSO的相位锁定会强化偶极强度。当SIOD正相位叠加El Ni?o事件时，SWIO异常冷却可使SEA降水减少达40%，同时通过跨赤道气流增强TEA水汽输送。

结论与意义
该研究首次系统论证了东南非季风区水文气候偶极模态的多尺度一致性，阐明其驱动机制从短期的IOD/ENSO主导向长期的IOB/SIOD转型，这一发现革新了对全球季风系统海气相互作用的认识。特别指出印度洋-太平洋耦合在调控非洲季风中的核心作用，为解读地质历史期（如中全新世暖期）的气候突变事件提供了新框架。研究强调未来需加强西南印度洋高分辨率SST重建，以验证海温模态与降水偶极的长期协变关系。这些成果对改进区域气候模型、预测极端旱涝事件具有重要实践价值。