海院科研动态（152）| CMIP6气候模式冬季印度洋海温偏差之谜：浅层经向翻转环流与印尼贯穿流共同塑造海表—次表层温度结构

研究背景

热带印度洋是全球气候系统的重要“能量调节器”，其海表温度变化能够显著影响季风活动、区域降水以及跨洋际气候遥相关过程。然而，当前国际主流气候模式（CMIP6）对热带印度洋海温气候态的模拟仍存在明显的系统性偏差，在北半球冬季尤为突出。这类偏差不仅体现在海表层，还会延伸至海洋次表层温度结构，从而增加对海洋热含量、海气耦合以及未来气候预测的不确定性。

针对这一关键科学问题，我院海洋大气相互作用研究团队系统分析了25个CMIP6气候模式的历史模拟结果，并结合大气环流模式与海洋模式理想化试验，揭示了冬季热带印度洋经向海温梯度偏差如何通过海气耦合过程进一步影响次表层温度结构，阐明了印度洋浅层经向翻转环流（SMOC）与印尼贯穿流（ITF）在其中的关键作用。

研究结果

研究发现，CMIP6模式在冬季热带印度洋普遍存在显著的经向海温偏差特征：赤道以北偏暖、南热带偏冷，形成典型的“经向偶极型”海表温度偏差结构（图1a）。更重要的是，这种海表偏差与次表层温度误差并非简单一致变化——在南热带印度洋，模式呈现出明显的海表冷偏差与次表层暖偏差并存的垂向偶极结构（图1b），从而削弱上层海洋热成层稳定性，改变海洋热量在垂向上的再分配过程。

图1. CMIP6 模式冬季（DJF）印度洋 SST 偏差的第二模态（EOF2，解释 28.4% 方差）及其与上层海洋温度结构的关系。(a) EOF2 空间型；(b) PC2 与 0–120 m 温度（40°–110°E 平均）的相关分布；(c) PC2 与经向 SST 梯度（10°S–10°N 减 25°S–10°S）的关系；(d) PC2 与南印度洋垂向温度梯度（40–80 m 减 0–20 m）的关系。

冬季的经向海温梯度偏差能够触发跨赤道气流。在科氏力作用下，这导致南半球热带印度洋出现持续偏强的东风/信风异常，进而增强海表风速和埃克曼输运，使得南半球浅层经向翻转环流显著强化。在10°S–20°S区域，增强的浅层经向翻转环流导致异常下沉运动，使表层暖水更容易向次表层“输送并滞留”，形成显著的次表层暖偏差；与此同时，增强的风速还会加剧海表蒸发冷却，使海表冷偏差进一步加深，从而造成“上冷下暖”的垂向偶极型温度结构。在赤道—10°S区域，尽管浅层经向翻转环流增强会带来更有利的上升流条件，但CMIP6模式仍表现为次表层偏暖。研究表明，这一增暖主要来源于模式中过强的印尼贯穿流，来自太平洋暖池的暖水输入增强后，沿其下游路径抬升热含量并加深温跃层结构，从而抵消了局地上升流的冷却作用。

研究意义

该研究从海气耦合与跨洋热输运协同作用出发，建立了冬季印度洋海表—次表层温度偏差的统一动力学解释框架，为改进气候模式中印度洋热带过程模拟提供了重要物理约束。

文章相关信息

上述研究成果近期发表于国际著名学术期刊《Geophysical Research Letters》，论文第一作者为我院张广隶博士后，我院王东晓教授和澳大利亚联邦科学与工业研究组织首席研究科学家Ming Feng 研究员为论文的共同通讯作者。我院李明婷副教授和中国科学院南海海洋研究所的陈梦燕副研究员为本文的共同作者。本研究得到国家自然科学基金（42306012; 42575025; 42276005; 42227901; 92158204），中国博士后基金（2024T171069），南方海洋实验室（珠海）项目（SML2024SP009，311024005）的联合资助。

Zhang, G., Feng, M., Chen, M., Li, M., & Wang, D. (2026). Influences of meridional SST gradient biases on subsurface temperature in the tropical Indian Ocean: Roles of SMOC and ITF. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL118928. 

https://doi.org/10.1029/2025GL118928