全新世人类活动扰动热带太平洋沃克环流并消解其轨道尺度季节异步性
热带太平洋纬向海表温度梯度是驱动太平洋沃克环流的核心因子，深刻调控全球水文气候格局，是古气候与现代气候领域重点关注的关键科学问题。关于全新世以来沃克环流的长期演化过程，学界至今仍存在不少争议。受古气候代用记录固有的季节偏差局限，以往研究大多聚焦年平均气候状态开展分析，轨道时间尺度上沃克环流的季节演化特征，以及自然强迫与早期人类温室气体强迫的贡献难以有效剥离，制约了对热带太平洋气候变率机制的深入认识。
近期，中国科学院地球环境研究所气候变化集成-模拟-同化-预测团队（CLIMAP）基于 CESM1.2地球系统模式，完成两组全新世瞬变对照模拟试验，分别设置仅轨道强迫、轨道叠加温室气体强迫的敏感性情景，系统解析全新世热带太平洋海温纬向梯度与沃克环流的季节演化规律，揭示中全新世农业活动驱动的温室气体升高，业已打破热带太平洋固有的轨道尺度季节响应节律。
研究表明，在纯自然强迫下，受海表混合层深度调控，热带太平洋海温梯度存在显著季节异步特征：中全新世以来冬季海温梯度持续减弱，夏季海温梯度却趋于增强。东太平洋冷舌海域混合层更浅，对太阳辐射变化具备更高的热力敏感性，是造就这种冬夏反相演化格局的关键机制。然而，自中全新世（约 8000 年前）起，早期人类活动造成大气温室气体浓度攀升，对东太平洋冷舌产生非对称增温效应（图1），既进一步加剧冬季海温梯度的衰减，又抑制夏季海温梯度的增强趋势，最终消解轨道强迫主导的季节异步信号，使得冬夏两季沃克环流呈现一致性减弱。这一人类活动信号很难在年平均古气候代用记录中被识别，也为长期以来不同古气候档案之间的记录分歧提供了解释依据。
结合 CMIP6 多模式集合未来情景模拟结果，在持续温室气体排放背景下，热带太平洋海温纬向梯度将维持全季节同步减弱的态势（图2），当前的人为扰动幅度已经超出全新世轨道尺度自然变率的波动区间。该研究厘清了轨道尺度辐射强迫、海洋混合层热力响应、海温纬向梯度调整与沃克环流演变之间的物理链条，为区分热带太平洋自然变率和人为信号提供了人为扰动前的季节基准，也为理解未来热带太平洋水文学极端事件演变提供古气候视角约束。研究人员进在此基础上，进一步看展了全新世多组瞬变模拟试验，剖析撒哈拉 “绿色撒哈拉”‑荒漠化转变过程中的陆地植被‑气候双向反馈效应，揭示地表植被演变对全球温度长期演变的关键调控作用。
相关研究成果近期分别发表于Paleoceanography and Paleoclimatology和Quaternary Research。地球环境研究所李新周研究员级高工为第一作者和通讯作者。该研究得到国家重点研发计划(2023YFF0804804)、国家自然科学基金 (42575053, 42575054)、崂山实验室科技创新项目(LSKJ202203300)的资助。
图1 (a) 全新世中期以来海面温度（SST）趋势的空间格局（°C/kyr）。(b)全新世期间热带太平洋暖池（PWP）和冷舌区（PCT）的海温(°C)时间序列，以及它们之间的海温梯度(SSTG)。黑色虚线表示 CESM1.2-H 实验的线性趋势。
图2 高排放（SSP585）和低排放（SSP126）情景下工业革命至未来PWP和PCT区域SST及其SSTG时间序列。阴影显示的是 SSP585 情景下 1850 年至 2300 年期间 10 个模型的 ±1 标准差。
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