2019年6月季風爆發推遲近一週，印度出現大面積乾旱
（圖片來源：trulybelong.com）
印度季風與熱帶中東太平洋海温，分屬東西半球兩個氣候系統，二者相隔萬里卻如“提線木偶”般存在。
熱帶中東太平洋海水一“發燒”，也就是發生我們常説的厄爾尼諾現象（與拉尼娜，南方濤動合稱為ENSO），印度季風帶來的降水就會偏少，隨後印度出現大面積乾旱。這不僅影響着南亞十幾億人口的生活，也對東亞季風系統有着重要影響，所以它們之間的這種關係走向頗受關注。
20世紀70年代開始，ENSO與印度季風的負相關明顯減弱，但本文最新研究顯示，從21世紀開始兩者的關係發生了新轉變——開始增強，而這種關係的“緩和”竟是大西洋在“牽線搭橋”（圖1）。研究為提高印度季風乃至東亞季風的預測提供了十分重要的支撐。
印度雨季什麼時候來？誰説了算
印度，是世界第二人口大國，位於南亞季風區，氣候類型為熱帶季風氣候，其夏季不僅酷暑難熬，還容易發生嚴重乾旱。
現代氣候學發展以前，由於缺乏氣象知識，每逢人間風雨失調，遭遇旱災或澇災，人們只能寄希望於祈禱。
2019年季風爆發前的3—5月，印度卡納塔克邦的降水量僅為47.4mm，較歷史同期（161.6mm）減少了71%，恰逢6月季風的爆發偏晚一週，當地出現嚴重乾旱。卡納塔克邦民眾甚至為青蛙舉辦隆重的婚禮來祈雨（圖3）。
2019年6月8日來自Kalsanka和Kolalagiri的兩隻青蛙在卡納塔克邦的Udupi舉行婚禮，以祈求雨神庇護
（圖片來源：The Weather Channel India）
隨着氣象學的發展，人們終於得以瞭解氣候背後的原因，印度季風是印度雨季的“開關”，乾旱會隨着6月份印度季風的來臨，帶來充沛降水得以緩解。
印度季風在6—9月帶來的降水佔全年降水總量的70%，對當地農業生產和社會經濟發展起到至關重要的作用。
印度季風如此重要，引起它旱澇異常的幕後大BOSS是誰？這個問題一直困擾着科學家們。
直到20世紀初，Walker爵士擔任印度氣象局局長後，投入了大量研究，才讓引起印度季風旱澇異常的幕後大BOSS身份逐漸揭曉。
Walker爵士在印度氣象局擔任局長21年，一直致力於印度季風的研究。他於20世紀30年代發現大氣的南方濤動（後與厄爾尼諾和拉尼娜合稱為ENSO）與印度季風降水的異常存在密切關係。Walker爵士由此提出第一個基於物理過程的氣候經驗預測模型，這也是Walker環流名稱的由來（圖4）。
Walker 環流
（圖片來源：Pennsylvania State University）
隨後經過多位科學家的努力，更加明確了ENSO與印度季風的關係。即厄爾尼諾（或拉尼娜）發生時，熱帶中東太平洋的海温偏暖（或偏冷），進入“發燒”（或降温）狀態，接着會通過Walker環流使萬里之遙的印度地區出現乾旱（或洪澇），二者關係呈現出十分明顯的負相關。
ENSO是影響印度季風的幕後大BOSS之一。自此，類似的基於物理過程的氣候預測在世界各地迅速開展起來，開啓了現代氣候學的新時代。
20世紀末，得益於更長時間觀測資料的獲取，印度氣候學家Kumar教授於1999年發表在《Science》的研究論文指出ENSO和印度季風降水的關係並不穩定，自20世紀70年代以來二者的關係開始逐漸減弱，在氣候學上這種跨年代的轉變稱為年代際轉變。這一問題迅速成為國際氣候學的研究熱點，氣候學研究進而深入到“年際關係的年代際轉變”上。
隨着問題的深入，相關研究變得異常複雜且艱鉅，其物理機制不明，一直是國際氣候學研究的重大挑戰。特別是，20世紀70年代的這次轉變在時間上和全球變暖的長期趨勢契合，因此，這到底是大自然內部的年代際變化還是全球變暖趨勢所致，也存在爭議。
最近，中科院大氣物理研究所黃平課題組最新研究指出，在20世紀90年代末期，ENSO和印度季風的關係開始出現新的年代際轉變——開始增強（圖5）。
這表明熱帶中東太平洋海温偏暖（或偏冷），會加劇印度地區的乾旱（或洪澇）。這一現象否定了ENSO和印度季風關係的轉變是全球長期增暖趨勢所導致的觀點。
增強？消弱？誰在操控ENSO與印度季風的關係？
ENSO這個大BOSS與印度季風的關係為什麼會發生如此轉變呢？該研究指出這種關係的增強與太平洋的“小弟”——大西洋的“態度”密切相關。
在21世紀之前（1979–1997年），ENSO事件發生時南大西洋海温的異常主導着整個大西洋海盆（圖6C），這樣一家獨大的局面使得大西洋梯度指數（北大西洋區域與南大西洋區域平均海温異常之差）為較大的正值。
因此，隨着南大西洋的介入，逐漸瓦解並破壞了ENSO與印度季風的“信任”，導致二者的關係開始減弱。這時，熱帶中東太平洋海水即使“發燒”，萬里之遙的印度乾旱也並不嚴重。
然而21世紀之後（2000–2018年），風水輪流轉，ENSO事件發生時南大西洋的勢力開始衰退，並且海温信號開始向北大西洋轉移，最後兩者實力均較弱且基本相當（圖6D），因此大西洋梯度指數基本為0。
此時南大西洋的“歡喜冤家”——北大西洋，一直與南大西洋“唱反調”，二者對印度季風的影響相反，使大西洋整體對印度季風的貢獻正負抵消，為ENSO和印度季風“牽線搭橋”建了一條綠色通道，這樣一來ENSO和印度季風的關係在不受干擾的情況下又開始增強。這時，熱帶中東太平洋海水一“發燒”，萬里之遙的印度乾旱便會加劇。
那麼，為什麼大西洋會出現這樣的轉變呢？
黃平課題組研究發現：這竟是ENSO“自導自演”的一齣戲，其實是ENSO自身的時間演變特徵發生了變化。過去大家關注不同空間位置的ENSO（如根據ENSO位置分為東部型和中部型），該項研究卻發現夏季ENSO的狀態存在兩個不同的時間演變，有些ENSO從上一個冬季就存在，一直持續到次年夏季，他們將此稱為延續型ENSO（Continuing ENSO）；而另外一些ENSO從夏季才出現，稱為新發型ENSO（Emerging ENSO）。
延續型和新發型ENSO通過大氣Walker環流對印度季風的直接影響幾乎沒有差別，但在延續型ENSO下，由於其已經存在半年之久，它對全球海温有着重要影響，尤其是南大西洋，這些其他區域海温異常的存在會干擾ENSO的直接大氣影響，這種情況下ENSO和印度季風降水的關係會很弱；
而在新發型ENSO下，其他海區的海温異常都較弱，無法對ENSO的直接大氣影響造成干擾，ENSO和印度季風降水的關係非常顯著。
大自然竟然如此奇妙！熱帶中東太平洋的海水稍微“發燒”，卻能影響萬里之外十幾億人的生活與生產，且不同年代的影響竟然大不相同。
然而，這或許只是氣候聯動過程中的冰山一角。為了更好地為人類的生存和發展提供服務，我們需要探索更多的氣候學謎團。
該研究首次發現ENSO與印度季風最新的年代際增強現象，並強調大西洋在其中的“橋樑作用”，提出ENSO時間演變的多樣性，更清晰地解釋了ENSO與印度季風關係的多次年代際轉變。這有助於未來更好地摸清ENSO的“脾氣”。
隨着觀測資料的日益豐富和時效性的增加，讓科學家有機會從更廣闊的角度去關注洋盆間相互作用（太平洋、大西洋和印度洋）的特徵以及對氣候變化的影響。這也必將加快人類對自然界中年代際信號轉變的瞭解。
未來對洋盆間相互作用的持續研究，可能降低目前氣候模式模擬的不確定性，並提高我們短期氣候預測的水平，從而為應對全球氣候變化提供更好的支撐。
作者：黃平（中國科學院大氣物理所研究員）
編輯：沈湫莎
責任編輯：任荃
來源：科普中國
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