2021年11月22日，开云(中国)齐义泉教授课题组博士后张帅与合作者在Nature出版集团的刊物《Communications Earth & Environment》上发表论文，通过测试热带西太平洋暖池核心区海底沉积物中多种有孔虫壳体的地球化学（稳定氧同位素和镁钙比值）变化，在地质时间尺度上，重建了最近三十六万年西太平洋海区的表层和次表层的水体温度与盐度的演化历史，并探讨了太平洋热带与亚热带海区浅层温盐环流在地球轨道岁差频段类ENSO过程中的关键作用。
图1 热带太平洋现代温盐结构及研究站位KX97322-4所在位置
拉尼娜是常与厄尔尼诺相伴生的热带太平洋海表温度异常现象，与大气过程相联系，被统称为厄尔尼诺与南方涛动（El Niño/Southern Oscillation，ENSO）。在全球变暖的气候背景下，拉尼娜或厄尔尼诺事件发生的概率更大，造成热带飓风、雪灾等极端气候事件的频繁出现。目前仅依靠较短的仪器观测记录，很难获得未来气候变化的可靠论断，为了准确理解ENSO的演化机理和动力机制，更准确的预测未来气候走向，研究借助地质记录中ENSO的蛛丝马迹，探索其长期演变规律，揭示其背后的物理过程和驱动机制。
研究发现，在热带西太平洋，相较于表层水体，次表层水体有着不同的信号及来源，除了受十万年的全球冰期间冰期的气候背景影响，还以两万年的岁差周期为主要变化特征。通过与其它海区的沉积记录对比和完全海气耦合模式（CESM）的瞬变数值模拟，发现在过去三十六万年里，热带西太平洋的次表层水体一直受南太平洋亚热带海区潜沉的表层水影响。正是该表层水体的潜沉过程，将地球轨道岁差信号通过等密度面传送到热带西太平洋海区的次表层。而该潜沉水体温盐属性的改变，直接影响了热带西太平洋上部水体的层化结构，从而产生了岁差尺度上的类ENSO过程。在岁差处于极小值时，南半球夏至日对应远日点，冬至日对应近日点，因此南半球夏天更长、冬天更暖。这会引起南太平洋亚热带潜沉区表层水体的温盐同步升高，增强向西太平洋输送的暖信号，从而使西太平洋更加温暖，增大热带太平洋东西向的海表温差，导致热带太平洋更偏向类拉尼娜态，反之在岁差极大值时，热带太平洋则更偏向类厄尔尼诺态。
图2 三十六万年来热带西太平洋表层和次表层温盐演化历史
研究揭示了地球轨道变化引起的太阳辐射变化，通过影响亚热带与热带海区的相互作用，进一步影响到热带太平洋的气候变化。为理解地球轨道变化对热带气候变化的影响提供了重要的物理机制，为预测长时间尺度上的类ENSO过程提供了关键的理论框架。
图3 地球轨道岁差极小值和极大值对应的热带太平洋热状态和环流结构
上述成果由我校联合自然资源部第一海洋研究所、中国科学院海洋研究所、中国科学院南京地质与古生物研究所、中国地质大学（武汉）、同济大学、德国阿尔弗雷德-瓦格纳研究所等国内外知名高校和团队共同研发完成。研究工作得到中科院战略性先导专项（XDB42000000）、国家自然科学基金（41830539，41906058，41706040，41606045，41976047）、中国博士后科学基金（2017M611667）、同济大学海洋地质国家重点实验室开放课题（MGK1711）、中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金（MGE2017KG07）以及德国NOPAWAC项目（03F0785A）等经费支持。
论文DOI：10.1038/s43247-021-00305-5
链接：https://www.nature.com/articles/s43247-021-00305-5
(海洋学院 张帅、安杰晶）
