《Atmospheric and Oceanic Science Letters》：Influence of the 2023 Indian Ocean Dipole on the delayed occurrence of the autumn Wyrtki Jet
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本研究旨在探究2023年极端正印度洋偶极子（PIOD）事件如何影响秋季Wyrtki急流（aWJ）的爆发延迟。通过设计两组数值实验（EXP1: 消除IOD引起的海温异常；EXP2: 消除IOD引起的风场异常），并结合纬向动量方程诊断，研究者发现压力梯度力（PGF）不仅驱动了aWJ的初始形成，还是其延迟爆发的关键调节者，在2023年极端PIOD事件中对aWJ的贡献率超过50%，为理解Wyrtki急流的形成与演化机制提供了新视角。
赤道印度洋之上，每年在季风转换期间，会形成一股强大、短暂且方向逆转的表层急流，这就是著名的Wyrtki急流（Wyrtki Jet, WJ）。它就像海洋中的一条高速河流，在春季和秋季各出现一次，负责在热带印度洋大规模输送热量、盐度和质量，对区域乃至全球气候都有着重要影响。秋季发生的Wyrtki急流（autumn Wyrtki Jet, aWJ）尤其受到学界关注。传统上，科学家们普遍认为，aWJ的生成和强度主要受赤道西风强迫的直接驱动，其高峰期几乎与西风应力的峰值同时出现。然而，在一种被称为“正印度洋偶极子”（Positive Indian Ocean Dipole, PIOD）的气候异常事件发生时，事情似乎变得不同。PIOD会引发赤道地区东风异常，减弱西风，导致aWJ显著削弱。这种背景下，一个核心的科学问题浮出水面：aWJ的独特演化过程，究竟主要是由西风强迫的延迟所主导，还是由PIOD事件引发的异常强大的压力梯度力（Pressure Gradient Force, PGF）所驱动？这两种机制是如何协同作用，又各自贡献几何？尤其是在2023年发生的极端PIOD事件中，aWJ的爆发出现了延迟，这背后的动力机制亟待阐明。
为了回答这些问题，一项由浙江海洋大学海洋科学与技术学院韩国庆、徐卓亚、冯庆丰、刘宇、林夏燕、纪启琰、谢俊成合作的研究，利用区域海洋模型（海岸与区域海洋社区模型，CROCO），对2023年秋季Wyrtki急流的延迟爆发机制进行了深入探究，并将成果发表于《Atmospheric and Oceanic Science Letters》。他们通过巧妙设计对比实验，量化了不同动力因素的贡献，揭示了一个与以往认知不同的驱动故事：在极端PIOD事件中，压力梯度力（PGF）扮演了积极主动的“驾驶员”角色，而不仅仅是背景条件。
为了剖析2023年极端PIOD事件影响aWJ延迟爆发的机制，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是利用CROCO高分辨率区域海洋模型进行数值模拟，设置了对照组（CTRL）、消除PIOD引起的海表温度（SST）异常的敏感性实验（EXP1）以及消除PIOD引起的风场异常的敏感性实验（EXP2）。其次，基于纬向动量收支控制方程，对模拟结果进行离线诊断，量化分析压力梯度力（PGF）、垂直扩散项（VD）和平流项（ADV）对aWJ演变的相对贡献。此外，研究还使用了包括ECMWF ERA5大气再分析数据、SODA海洋再分析数据、CMEMS的海表温度和高度数据以及RAMA浮标阵列观测数据在内的多源数据集，用于驱动模型和验证模拟结果的准确性。
3.1. 模型描述和实验
模型验证结果表明，所使用的CROCO模型能够准确地模拟研究区域海表温度、海表面高度和流场的季节变化特征，成功再现了IOD事件的异常幅度和位相转换，相关系数高达0.96，证明了模型在模拟印度洋动力过程方面的良好性能。
3.2. 秋季Wyrtki急流的演变
对模拟结果的分析显示，在对照组（CTRL）中，2023年10月至11月赤道区域为西向流，12月转变为强劲的、南北对称的东向流（即aWJ），影响范围在55°–95°E，流速约0.6 m s-1。在EXP1（无温度异常引起的斜压压力异常）中，10月和11月的西向流比CTRL更强，而12月的东向流在68°–75°E范围内强度较弱。在EXP2（无风场异常）中，10月以弱西向流为主，11月在57°–75°E、0°–2°S区域出现了强的东向流核心，并在12月增强东扩至85°E，流速达0.3–0.4 m s-1。-1），箭头表示矢量平均速度。">这些结果表明，在没有斜压压力异常时，风场驱动的aWJ在西印度洋局部区域流速减弱；而在没有风强迫时，PGF alone（单独的压力梯度力）能够驱动aWJ的形成，但其位置偏南且向东扩展受限。
3.3. 秋季Wyrtki急流的动力学
通过对纬向动量收支的分析，研究发现，在CTRL实验中，PIOD事件引起的东风异常持续至11月下旬，它们与西向流的结合增加了西印度洋的海表面高度。从10月中旬开始，一个异常的西风信号在81°E附近出现并逐渐增强，向西传播，直到12月初PGF达到最强。aWJ在12月1日于异常西风激发下形成。在55°–85°E区域，纬向动量变化项显示出显著的向东传播信号，清晰地反映了aWJ向东发展的特征。与PGF和垂直扩散项（VD）相比，总动量平流项（ADV）的作用相对较弱。研究表明，风强迫不仅启动了表层东向流的形成并提供持续动力支持，还有助于增强区域流场。同时，PGF的西传信号及其与赤道潜流（Equatorial Undercurrent, EUC）的合并，对促进秋季WJ的发生和发展起到了不可或缺的作用。2023年PIOD增强的PGF将EUC核心从120米抬升至80米，使其在垂向上与aWJ（0–80米）合并从而加强后者。
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在EXP1中，初始的斜压压力异常被移除，干扰了原有的西传信号。尽管斜压压力异常在10-11月被异常东风重建，但其波动信号已改变，最强的PGF直到12月中旬才形成。当12月初异常西风出现时，由于缺乏足够的PGF驱动，aWJ的生成比CTRL延迟了2-3天。在EXP2中，当赤道区域的风强迫被消除后，PGF的西传信号主导了整个流场的变化。在正PGF的作用下，aWJ于10月中旬在局部区域生成，并随着信号的影响逐渐向西扩展。到11月，aWJ在60°–75°E区域内稳定形成，流速约为0.2 m s?1，随后在12月增至约0.4 m s?1。但由于缺乏足够的动力支持来突破负压力梯度，aWJ的流区被限制在55°–75°E，难以进一步向东扩展。
3.4. 各分量对秋季Wyrtki急流的相对贡献
定量评估揭示了各动力分量在2023年PIOD事件中对aWJ演变的关键作用。在CTRL实验中，10月，垂直扩散项（VD）是主导项，提供约-0.48 × 10?6m s?2的加速度（西向加速），而PGF提供相对较弱的东向加速（约0.24 × 10?6m s?2）。到11月，PGF的贡献变得更强，提供约0.44 × 10?6m s?2的东向加速度，其贡献率超过50%。在EXP1中，移除非气候态海温异常后，PGF在12月提供的东向加速度降至约0.17 × 10?6m s?2，比CTRL降低了约30%，这证实了PIOD引起的海温异常增强了PGF。在EXP2中，即使没有风场异常，PGF alone（单独的压力梯度力）也能在10月和11月稳定提供约0.16 × 10?6m s?2的东向加速度，驱动aWJ的初始形成。
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研究的结论与讨论部分深刻总结了上述发现。本项研究通过两组敏感性实验重新评估并揭示了在正印度洋偶极子（PIOD）事件背景下，秋季Wyrtki急流（aWJ）形成的主导动力机制。与以往将压力梯度力（PGF）视为Wyrtki急流形成背景条件的研究不同，本研究揭示了其在2023年极端PIOD事件中的主动驱动作用：PGF独立提供了持续的东向加速度（0.16 × 10?6m s?2），主导了aWJ的初始形成。相较于正常年份（PGF贡献<30%，无时间滞后）和过去的PIOD事件，2023年PGF的贡献超过了50%，其峰值延迟至11月（0.44 × 10?6m s?2）并持续到12月中旬，直接导致了aWJ爆发延迟2-3天。这种独特性源于2023年PIOD的极端强度。相比之下，2013年的强PIOD事件中，PGF作为局部驱动因子贡献了38%，导致aWJ延迟5-7天。而正常年份PGF贡献小于30%且无显著延迟。2023年极端PIOD（偶极子模指数DMI峰值=1.8）引发了更强的海表温度东西梯度，从而增强了PGF（0.24 × 10?6m s?2）及其与赤道潜流（EUC）的协同作用。持续的东风也与西风形成了位相差，延迟了PGF峰值的出现；这种独特机制解释了2-3天的aWJ延迟。研究结果适用于DMI ≥ 1.5的PIOD事件，从而界定了其普遍性的边界。
这项研究的意义在于，它厘清了正印度洋偶极子（PIOD）对秋季Wyrtki急流（aWJ）延迟发生的关键贡献，为理解aWJ的形成和演化机制提供了新的见解。它改变了将压力梯度力单纯视为背景场的传统观点，强调了在极端气候事件中，海洋内部压力梯度可以成为海流变化的主要主动驱动力。这一认识对于改进涉及印度洋的海气耦合气候模型的参数化、提高对印度洋季风变异及其气候影响的预测能力具有重要价值。当然，研究也存在一些局限，例如未深入分析aWJ对IOD的反馈过程（因为当前模型并非耦合模型），也未讨论春季Wyrtki急流的动力过程，这些都为未来的研究指明了方向。
