...地球科學學院黨皓文和翦知湣研究成果:末次冰期以來暖池溫躍層...

2020-12-03 同濟大學新聞網

10月14日，《Science Advances》在線發表海洋與地球科學學院黨皓文副研究員與合作者的研究論文：「Pacific warm pool subsurface heat sequestration modulated Walker circulation and ENSO activity during the Holocene」，指出末次冰期—全新世期間西太平洋暖池溫躍層熱量積累是調控沃克環流和厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）活動的核心要素，從海洋溫躍層的角度為「氣候演變的低緯驅動」假說提供了重要支撐。

現代年際—年代際尺度上我們可以直觀感受到，以ENSO（及大氣沃克環流）為核心的熱帶太平洋海—氣耦合系統的變動，深刻地影響著亞太乃至全球的氣候異常和變率。但在過去千年—萬年尺度上ENSO如何變化、主控機制是什麼、全球意義如何？這一系列問題一直是科學前沿的難題。本項研究聚焦熱帶上層海洋「引擎」所在，整合熱帶西太平洋—東印度洋的30餘個高時間解析度海洋沉積記錄（圖1），利用棲居於海水錶層和溫躍層的兩種浮遊有孔蟲殼體鎂/鈣比值，再造末次冰盛期以來暖池區表層和溫躍層的古海溫變化規律，解析古ENSO長期變化的奧秘。

 

圖1. 計算暖池區表層海溫（SST）和溫躍層海溫（TWT）的數據記錄站點位置。白色圓圈示兼具SST和TWT的站位，藍色三角示僅有SST的站位。

傳統的古海洋和古氣候變化往往更關注海洋表層溫度（SST）變化，本研究再次驗證，暖池區SST自末次冰盛期以來整體上遵循大氣二氧化碳濃度及全球冰量的演變模式，反映以溫室效應為代表的全球性氣候變化信號主導暖池區表層海水溫度。

與SST迥異，暖池區溫躍層溫度（TWT）在末次冰消期具有明顯的先導性——TWT起始升溫比大氣二氧化碳起始升高要領先約4千年。更重要的是，最近約1萬年的全新世期間，儘管SST基本保持穩定，TWT卻顯著地下降了約1°C，與軌道參數，特別是歲差變化息息相關，並且呈現出早全新世和中全新世兩個峰值，分別與歲差導致的至點和分點輻射量最大值相對應。對TWT記錄的深入分析發現：早全新世峰值可稱為暖池區溫躍層的普遍現象，在開放的西太平洋和帝汶海水域最為典型；中全新世峰值是僅限於近赤道的印尼群島水域內的局地現象（圖2）。

 

圖2. 暖池區溫躍層海溫（TWT）的兩種變化模式：早全新世峰值（EH-peak）和中全新世峰值（MH-peak），及其在各站點的分布規律（應用主成分分析方法得以驗證）。

通過考察對比多項相關指標記錄（如太平洋中緯度海溫、南源水團指標、南極溫度及亞洲石筍等），並結合國際主流的海氣耦合氣候數值模擬（以軌道參數和二氧化碳溫室效應為外部驅動），本研究發現：暖池區溫躍層的早全新世TWT峰值與南半球來源的上層海洋溫躍層環流熱傳輸緊密聯繫；而中全新世暖池區TWT峰值則可對應於赤道太平洋西—東向的表層和次表層海溫梯度極大值、赤道西太平洋大氣對流活動（沃克環流）的最盛期。據此，本研究提出地球軌道參數，特別是歲差驅動的中—低緯太陽輻射量變化，可以通過調節次表層環流向暖池區溫躍層的熱傳輸，最終調控赤道太平洋西—東向的熱結構及相關海氣耦合系統（即ENSO活動和大氣沃克環流強度）的長期變化。自早全新世至中全新世，暖池區次表層的熱量積累最終導致中全新世ENSO活動被壓制，這一機制在當前全球變暖格局中可能也會發揮類似的負反饋效應。

本文第一作者為黨皓文副研究員、通訊作者為翦知湣教授，合作者包括海洋與地球科學學院王躍副教授、德國不萊梅大學Mahyar Mohtadi博士、美國Rutgers大學Yair Rosenthal教授、自然資源部第二海洋研究所葉黎明副研究員、法國國家科學研究中心氣候與環境實驗室Franck Bassinot研究員、德國基爾大學Wolfgang Kuhnt教授。該項研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、自然資源部重點專項等項目的資助。

原文連結：https://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabc0402

            

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