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厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(n)o-Southe(rn) Oscillation，简称ENSO)和印度洋海盆一致模（Indian Ocean basin mode，简称IOBM）分别是热带太平洋和印度洋年际尺度上最主要的模态，它们间不仅存在复杂的相互作用，同时又是影响东亚夏季风的重要海洋强迫因子。本文围绕着印度洋-太平洋海温模态间的相互作用及其在未来变化这一核心科学问题开展了一系列的研究。首先，本文探讨了在不同印度洋-太平洋海温分布情况下海气过程的差异，其中包括El Ni(n)o和La Ni(n)a消退年夏季西北太平洋大气环流的非对称响应，以及两类El Ni(n)o事件中印度洋-太平洋不同的海气过程。接着，利用耦合模式比较计划(Coupled ModelIntercomparison Project，简称CMIP)的模式输出结果，分析了CMIP3/5模式模拟印度洋-太平洋年际关系中的偏差，其中包括印度洋海温对ENSO响应偏差，以及ENSO消退年夏季西北太平洋大气环流的偏差。随后，评估了CMIP5模式对印度洋-太平洋关系年代际变化的模拟，在此基础上挑选了6个性能较好的模式。最终，利用这6个模式，探讨了印度洋-太平洋关系在全球变暖情景下的变化。本文的主要结论如下: 一.El Ni(n)o和La Ni(n)a消退年夏季西北太平洋大气环流的非对称响应 在El Ni(n)o消退年的夏天，赤道中东太平洋和热带印度洋分别存在冷海温异常和暖海温异常。于是，热带印度洋和赤道中东太平洋海温异常所造成的大尺度环流异常和热带大气波动能共同作用，影响西北太平洋反气旋异常。而La Ni(n)a事件则根据其持续时间可分为两类:持续性La Ni(n)a事件(persisting type of LaNi(n)a，简称PLN)和消退型LaNi(n)a事件(decaying type of La Ni(n)a，简称DLN)。DLN所对应的海温异常、降水异常、环流异常和热带大气波动几乎是El Ni(n)o的镜像，只是其强度偏弱。然而，在DLN事件中，赤道中东太平洋海温异常相比于热带印度洋对西北太平洋气旋异常的影响更大。 PLN所对应的夏季环流特征与其它两类不同，其在赤道西太平洋出现东风异常，而西北太平洋气旋异常范围较小且位置偏西北。此时，由于赤道中东太平洋冷海温异常，造成了太平洋区域纬向偶极型降水异常。西北太平洋低层气旋异常是对附近正降水异常的罗斯贝波响应。同时，纬向偶极型降水异常与赤道东风异常相互耦合，而东风异常造成了海洋中的上翻开尔文波，从而反过来又维持了赤道中东太平洋冷海温异常。与此同时，赤道中东太平洋冷海温异常所造成的负降水异常，又会激发的西太平洋反气旋式风场异常，进而对西北太平洋气旋异常的强度和位置有调制作用。 二.两类El Nino事件中印度洋-太平洋海气过程的差异 两类El Ni(n)o事件中印度洋-太平洋海气过程存在着明显的差异。典型的ElNi(n)o事件可以通过大气和海洋过程影响印度洋海温，使其出现整个海盆尺度一致的增暖。而在Modoki事件发生后，这两个过程都没有出现，因此印度洋海温无明显变化。从大气影响海洋的角度来看，发生典型El Ni(n)o事件时，赤道中东太平洋海温异常加热大气，从而产生Matsuno-Gill型响应并向东传播。然而，发生Modoki事件时，由于中太平洋暖海温异常和东太平洋冷海温异常的相互抵消作用，无显著TT异常。从海洋内部动力过程的角度来看，发生典型El Ni(n)o事件时，东南印度洋存在反气旋异常，它是激发海洋罗斯贝波的关键。而发生Modoki事件时，印度洋无明显风场异常，自然也就不会有海洋动力过程产生。另外降水、纬向垂直运动以及低层风场异常在两类El Ni(n)o事件中也有很大的差异，而这些归根结底都与印度洋-太平洋海温异常分布有关。于是，这两类El Ni(n)o事件对应着不同的西太平洋纬向风异常。对于典型El Ni(n)o事件，西太平洋出现了东风异常，从而有利于El Ni(n)o向LaNi(n)a转换。而Modoki事件则对应着西风异常，从而使得中太平洋的暖海温异常维持。 三.CMIP3/5模式中印度洋海盆一致模及其电容器效应的偏差 基于15个CMIP3模式和32个CMIP5模式，详细分析了模式模拟IOBM及其电容器效应的误差来源。云辐射反馈和蒸发风反馈是大气影响海温变化最主要的两个因素。多数模式模拟的云辐射反馈偏强，而蒸发风反馈偏弱。在ENSO发展年秋季以及随后春季，虽然海洋性大陆附近负降水和南印度洋反气旋模拟偏弱，但是多数模式模拟的短波辐射异常与观测相当，而潜热通量异常偏弱，造成了总体大气过程偏弱。冬季时，由于模式整体的偏西误差导致了偏强的负降水以及合理的反气旋模拟，从而多数模式能够模拟偏强的短波辐射异常以及合理的潜热通量异常，造成了总体大气过程偏强。尽管在模式中热带西南印度洋温跃层异常偏弱以及气候态温跃层偏深，但是温跃层反馈偏强，因此多数模式都能模拟合理的温跃层变化所造成海温变化。在春季，偏强的海洋动力过程抵消了偏弱的大气过程，使得IOBM能够一直持续到夏季。然而，模式模拟的夏季西北太平洋反气旋偏弱，并且电容器效应模拟得偏西偏弱。这主要是由于模式中热带西太平洋的非真实海温激发了西传的罗斯贝波，减弱了印度洋东传开尔文波的作用。与观测中主要是印度洋的作用不同，模式中的反气旋主要受到太平洋海温的影响。与CMIP3模式相比，CMIP5模式中模拟的各过程和反馈更真实，模式间差异也更小，因此CMIP5模式整体的表现比CMIP3有一定的提高。 四.CMIP3/5模式中ENSO消退年夏季西北太平洋大气环流的偏差 利用47个CMIP模式，通过模式间经验正交函数（empirical orthogonalfunction，简称EOF）分解的方法，研究了模式模拟ENSO消退年夏季西北太平洋环流的偏差及其原因。所得到的第一偏差模态，解释了20％的模式间方差，其能较好的刻画西北太平洋反气旋异常。此时，印度洋-太平洋区域呈现为三极型海温，即热带印度洋和赤道中东太平洋出现暖海温异常，西太平洋为冷海温异常。其中，热带印度洋和西北太平洋海温异常都与ENSO的强度密切联系，而造成模式模拟ENSO强度差别的原因与皮叶克尼斯反馈密切相关。所得到的第二偏差模态，解释了18.2％的模式间方差，其在西北太平洋出现了气旋异常而不是反气旋。此时，赤道西太平洋非真实的暖海温异常是造成该区域气旋异常的最主要原因。由于模式中赤道中东太平洋的冷海温偏差，以及赤道中太平洋的东风偏差和负降水偏差，使得对流活动和西风异常都主要集中在西太平洋。同时，东风偏差会造成赤道西太平洋温跃层偏浅，这样就会更有利于皮叶克尼斯正反馈过程在赤道西太平洋维持，其一方面使ENSO海温异常偏西，另一方面使赤道西太平洋海温维持。 五.CMIP5模式对印度洋-太平洋关系年代际变化的模拟 基于23个CMIP5模式历史情景试验的结果，对模式中印度洋-太平洋关系年代际变化的模拟进行了评估。在这些模式中，IOBM的模拟能力很大程度上依赖于对ENSO的模拟能力，并且有一半的模式能够模拟出如观测中那样ENSO和IOBM之间的不稳定关系。在综合考虑了ENSO的模拟、IOBM的模拟，以及ENSO-IOBM关系和年代际关系的模拟，从23个模式中挑选出6个较好的模式，进一步研究了年代际变化中印度洋-太平洋海气过程的特征及其原因。在高相关时段，TT异常，海洋动力过程和反对称风场都更强，使得IOBM能一直持续到夏天，从而造成了更强的印度洋电容器效应影响西北太平洋反气旋异常。然而，在低相关时段，这三个过程都偏弱，因此电容器效应以及环流异常也偏弱。而模式中造成ENSO-IOBM关系年代际变化的原因同观测中一样，即温跃层深度的变化、以及ENSO年际变率和持续时间的变化。 六.印度洋-太平洋关系在全球变暖情景下的变化 利用6个性能较好的模式，探讨了印度洋-太平洋关系在全球变暖情景下的变化及其相应机理。在全球变暖情景下，IOBM及其电容器效应都增强了。于是，西北太平洋反气旋异常也增强了，其南支的东风异常使得ENSO位相转变在未来发生得更为迅速。然而，ENSO强度在未来却没有发生明显的变化。印度洋增暖过程中包含了复杂的大气过程和海洋过程，但是海洋过程在未来变化不明显，甚至略有减弱的趋势。印度洋海温异常的增强与大气过程的增强有关，其表现为有更多向下的净热通量。而在净热通量中，潜热通量的变化又占了主导作用。在全球变暖情景下，印度洋上空TT异常增强了，尽管印度洋海温异常也增强了，但是TT异常在未来增幅与海温异常相比偏强，从而增强（减弱）了向下（向上）的潜热通量异常。与此同时，未来气温升高，大气中饱和比湿随之增大，其与增强的海温异常共同作用，最终造成了电容器效应或TT异常增强。