近期，地学领域知名期刊《Geological Magazine》发表了海洋与地球科学学院王跃副教授的最新科研成果“Can ocean heat content regulate Indian summer monsoon rainfall?”，表明印度洋上层海洋热含量（OHC）变化也可以显著调控南亚夏季风降雨，其贡献在现代观测和古气候记录中都呈现负向作用，可抵消海-陆热力差异和太平洋OHC的正反馈作用。
图1：现代观测的印度洋上层海洋热含量（OHC26）变化由印度洋偶极子（IOD）主控，与太平洋ENSO共同调控印度夏季风降雨（ISMR）：（a）气候平均的OHC26分布（黄色圆点代表古海洋重建指标站位）；（b）IOD正相位期的OHC26异常呈西暖-东冷式“跷跷板”格局；（c）ISMR强度（绿色）、IOD强度（黑色）和ENSO强度（橙黄色）时间序列，及其20年平均移动相关系数（注意：负IOD对应La Nina）；（d）太平洋La Nina导致南亚夏季降雨增加（ISMR高值）、表层东/南风增强，；（e, f）IOD正相位导致南亚夏季降雨总体减少（e是观测结果，f是CESM模拟）
现代观测表明，相比于其他气候指标而言（比如表层海洋温度），热带印度洋区域的上层海洋热含量（OHC）能更好地定性预报印度夏季风降雨（ISMR）。但OHC与ISMR之间的具体联系机制、及其适用的时间尺度范围都还不清楚。
针对这一问题，该研究首先分析了20世纪大气与海洋再分析数据，发现在现代年际尺度上，印度夏季风降雨（ISMR）增加与表层西风增强所对应的气候变化截然不同，虽然夏季西风增强的确会导致ISMR增加，但ISMR高值主要对应从南海到印度次大陆区域的表层东南风异常增强（即气候平均的西风是减弱的），属于太平洋ENSO和印度洋IOD的负相位（即La Nina+负IOD）共同驱动的远程海气耦合响应，其中La Nina和负IOD都对应于上层海洋热含量的东-西向跷跷板变化格局（即东印度洋-西太平洋暖池OHC增加，西印度洋和东太平洋热含量减少），而且都会增强ISMR（图1）。因此，由于热带海气相互作用影响，印度夏季风降雨增加并不一定需要表层西风增强（亦即：印度夏季风的“风”和“雨”并不同步）。
那么上述物理机制是否适用于更长的时间尺度？该研究进一步利用CESM和GISS海气耦合模式进行了30万年以来的瞬变古气候数值模拟，结果表明，在2万年的岁差周期上，当地球接收太阳辐射量的季节差异增大——即夏季辐射量增加、冬季辐射量减少，南亚夏季降雨将显著增加、而区域表层风场变化并不明显，同时，夏秋季节的赤道印度洋OHC将会出现正IOD异常格局（图2b-c）。
图2：过去30万年以来岁差主导的古IOD及其对ISMR的调控作用：（a）黑色曲线是CESM模拟的热带印度洋海表温度（SST）、IOD强度（西侧SST减去东侧SST），以及ISMR强度，宝蓝色曲线为GISS模拟的孟加拉湾海水氧同位素（𝛿18Osw，也代表ISMR强度），橙黄色曲线为SST的UK37古海洋重建指标；在2万年岁差尺度上的ISMR高值期，CESM海气耦合模拟表明，夏季印度洋OHC26异常呈正IOD格局（b）、对应南亚夏季降雨整体增加（c）；但后者其实是三个因素共同作用的结果（海-陆温差增大、太平洋La Nina、IOD正相位），正IOD将会显著减弱ISMR。
然而，这种ISMR和IOD的表面对应关系并不指示它们之间真实的因果联系，进一步利用大气模式CAM4进行敏感性试验表明（图2d-f），岁差周期上ISMR增加，其实是由于夏季亚洲大陆与附近海洋之间的温差增大、以及太平洋的La Nina格局所致（贡献量分别为+0.69毫米/天和+0.52毫米/天），而热带印度洋OHC的正IOD格局真实作用是显著减弱ISMR（贡献量为-0.48毫米/天）。
需要注意：岁差周期上，正IOD对应于夏季太平洋La Nina格局，而现代年际尺度上则是负IOD对应La Nina格局。但无论如何，正IOD对ISMR的负反馈作用在两个不同时间尺度上都是成立的。其具体机制在于，夏秋季节赤道印度洋区的正IOD型OHC异常格局可能通过两个途径调控ISMR：（1）西印度洋变暖将会激发出从西北太平洋延伸至北印度洋的大气高压异常（对应顺时针反气旋环流圈，其南侧盛行东风、北侧西风异常），导致从孟加拉湾至阿拉伯海的降雨剧烈减少、而印度北部降雨略微增加（总ISMR减少）；（2）东印度洋变冷则激发出异常的经向大气Hadley环流圈，导致印度南部降雨呈中等幅度增加（总ISMR增加）；由于前者贡献大于后者贡献，印度夏季风区陆地降雨总体显著减少。
该论文第一/通讯作者为我院王跃副教授，合作者包括我院翦知湣院士、党皓文教授、王星星博士、硕士生陈果、本科生汤敏莎和邓航，以及河海大学张帅副教授和复旦大学硕士生武道宇（同济海洋学院毕业生）。该项研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和上海市基础研究特区计划共同资助。
论文链接：https://doi.org/10.1017/S0016756824000189.