成果丨李婧团队揭示中东沙尘是印度洋偶极子的重要外部驱动因素

近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系李婧教授课题组在国际权威期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了题为“中东沙尘作为印度洋偶极子重要外部驱动因素”（Middle East Dust as an Important External Driver of the Indian Ocean Dipole）的研究论文。该研究综合运用卫星观测、再分析资料与气候模式模拟，首次系统揭示了中东地区沙尘排放对印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）变率的显著影响，明确指出沙尘是IOD年际变化的关键外部驱动因子之一，其贡献在秋季甚至超过厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）。

IOD是热带印度洋海表温度东西反向振荡的主要模态，对印度洋–太平洋区域极端气候事件（如干旱、洪涝、森林大火等）具有重要调控作用。长期以来，科学界对于印度洋偶极子驱动机制的理解仍不全面，尤其针对气溶胶等外部强迫在其发展中的具体作用尚未完全阐明。

本研究基于长期观测数据的分析发现，即使剔除ENSO信号的影响，沙尘活动的减弱仍与IOD的正位相表现出显著相关性，回归系数可达约0.5 K（图1）。进一步量化分析表明，中东地区的沙尘活动可解释IOD约36%的年际变率方差。尤其在秋季，其影响力已超过ENSO，成为该季节IOD最主要的驱动因子。

图1 去除厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响后，通过对中东地区平均的去趋势化夏季沙尘活动指标与去趋势化秋季海表温度（SST）进行回归分析，得到相应的回归系数。需特别说明，图中所有相关系数均已取其负值，以表示与沙尘减少的对应关系。

为验证上述观测关联，研究团队利用气候模式开展了沙尘排放的敏感性数值试验。模拟结果一致表明，中东沙尘减弱会引发印度洋西部海表温度上升，并激发赤道东风异常，导致东部温跃层变浅。这些异常信号通过Bjerknes正反馈及风–蒸发–海温反馈机制进一步放大，最终促进IOD正位相事件的发展（图2）；反之，沙尘增强则会促进IOD负位相事件的发展。该研究清晰揭示了“沙尘–海温–风场–气候反馈”的跨区域遥相关物理链条。

图2 夏季中东沙尘与印度洋偶极子之间遥相关作用的物理机制示意图。

本研究指出，沙尘气溶胶在气候系统中的作用不仅限于辐射强迫与云微物理过程，还可通过调节海–气相互作用，对数百公里外的气候变率产生重要遥相关影响。该结果强调，在当前的气候季节预测与未来长期气候预估中，必须更加重视气溶胶强迫的作用，特别是沙尘等自然气溶胶的跨区域气候效应。

该成果不仅深化了对IOD动力机制的理解，也为改进热带印度洋气候异常的预测能力提供了新的理论视角。下一步，研究团队将继续深入开展气溶胶与多圈层相互作用的研究，推动气溶胶–气候耦合机制在地球系统模式中得到更准确的刻画与表征。

作者及项目信息

论文第一作者为北京大学物理学院大气与海洋科学系2021级博士生刘冠宇，通讯作者为李婧教授。合作者包括加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所谢尚平教授、哥伦比亚大学地球研究所James E. Hansen教授、兰州大学大气科学学院博士生王晓帆及北京大学物理学院大气与海洋科学系博士后董悦明。本研究获国家自然科学基金青A项目（编号42425503）与北京大学–必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金（编号WM202401）资助。

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-026-68842-1

供稿：大气与海洋学系

编辑：吕文娜

审核：李婧、刘美景