近日, Geophysical Research Letters在线发表了海洋与大气学院最新科研成果“The Asymmetric Predictive Power of Indian Ocean Dipole for subsequent year’s ENSO: Role of Atlantic Ocean as an Intermediary”（印度洋偶极子对次年ENSO的非对称预报能力：大西洋的媒介作用）。该成果第一作者是海洋与大气学院范磊副教授，合作者为2021级气象学硕士研究生孟醒。
ENSO作为气候系统年际变化的主要驱动力，其预报历来是业界和学界研究的热点。ENSO预报存在“春季预报障碍”现象，即预报的准确性在跨越春季的长期预报中会显著下降。寻找能够突破ENSO春季预报障碍的关键预报因子成为ENSO预报的重大突破和挑战。在这方面，秋季印度洋偶极子(IOD)被认为是能够提前14至15个月预报次年冬季ENSO的少数潜在预报因子之一。然而，关于IOD如何影响次年ENSO的物理机制，学术界尚未达成共识。尽管以往研究提出了从印度洋到太平洋的大气桥和海洋桥机制，但近期的研究观点指出，秋季IOD对次年ENSO的影响可能仅仅是ENSO固有周期性的一个映射，暗示IOD可能并不能为次年ENSO增加额外的预报价值。鉴于这一争议，本文对该问题进行了深入探讨，旨在阐明秋季IOD是否真正具有独立于ENSO自循环机制的预报能力。
本研究发现，秋季IOD与次年ENSO之间的预报关系存在显著的不对称性（图1）：正位相IOD能够有效预报次年的La Niña现象，而负位相IOD对次年El Niño的预报能力则很弱。尽管ENSO自循环也呈现出类似的不对称特征（图1e），但其自相关程度则低于IOD与次年ENSO的相关，说明ENSO自循环不足以解释IOD与次年ENSO的关联，这暗示IOD对次年ENSO的影响可能涉及其他机制。研究进一步发现，冬季热带大西洋扮演了连接秋季IOD与次年ENSO之间的关键媒介角色，这一发现有助于解释IOD与ENSO关系的不对称性，可分为以下两个阶段：
秋季IOD触发冬季大西洋尼诺现象（图2）。 这一过程呈现出明显的不对称：正位相IOD能够在非洲上空引发异常对流活动，并在大西洋上空产生西风异常，从而导致冬季大西洋Niño的形成。相比之下，负位相IOD在引发冬季大西洋Niña现象方面的作用较弱。这种不对称性产生的根源在于西印度洋与非洲的气候平均状态，使得该地区的降水与对流活动对正负IOD的响应强度存在明显的不对称(图3)。
冬季大西洋Niño进一步激发了随后春夏季ENSO的发展（图4）。这一过程通过Walker环流的异常调整来实现，且不依赖于ENSO自循环。该阶段的特征是对称的，即大西洋Niño能够激发太平洋La Niña，而大西洋Niña也能够激发太平洋El Niño。
因此，本研究提出：IOD与次年ENSO关系不对称的根源在于正负IOD在非洲及大西洋上空引起的大气异常响应不对称，该机制在数值模式数据中也得到了验证。此外，本研究对IOD与次年ENSO的关系在年代际时间尺度上的稳定性、对不同类型的ENSO和IOD的适用性、以及不同大西洋Niño指数的适用性都进行了探讨。
本研究提出的“IOD-大西洋-太平洋”机制，通过将冬季热带大西洋作为中间媒介，与传统的“IOD–太平洋”的直接路径相比，展现了其在解释IOD与次年ENSO关系不对称性方面的独特优势。这一发现表明秋季IOD对次年ENSO具有独立于ENSO自循环之外的预报能力，并且这种预报能力是对称的，主要体现在正IOD对次年La Nina现象的有效预报上。这一成果不仅推动了学术界对于秋季IOD影响次年ENSO机制的深入理解，也为跨越春季障碍的ENSO预报提供了新的科学依据。
发表文章列表：
Fan, L., & Meng, X. (2023). The Asymmetric predictive power of Indian Ocean Dipole for subsequent year's ENSO: Role of Atlantic Ocean as an intermediary. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL105525.
文章链接：https://doi.org/10.1029/2023GL105525
图1. 揭示IOD与次年ENSO关系的对称性。其中，(a-c)为秋季印度洋海温与次年ENSO指数的相关系数分布图，分别表示全年(a)，El Niño年(b)和La Niña年(c)的情形。(d)为在相同分组下IOD与次年Nino3.4指数的关系, (e)为ENSO自相关的不对称性。(f)为以正负IOD进行分组时IOD与次年ENSO关系的不对称性。右上角星号表示相关系数通过显著性水平为0.05检验。
图2. 强的正IOD可激发冬季大西洋Niño的影响(a-f), 强的负IOD不能激发冬季大西洋Niña（g-l）。这一连接具有显著的不对称性（m-r, s），并且IOD对印度洋的影响不依赖于ENSO（t）。
图3. 正IOD(a)与负IOD(b)发生时的大气异常响应分布及其不对称性(c)。(d)为非洲降水(如a-c中方框所示)与IOD的不对称性。(e)为秋季气候平均态。
图4. 冬季大西洋Niño激发随后春夏季ENSO的发展。