2023年12月24日，《Geophysical Research Letters》杂志以“Southward shift and intensification of the Intertropical Convergence Zone in the North Pacific across the mid-Pleistocene transition”为题，发表了我室博士后王星星与合作者的研究成果，揭示了近1.8百万年以来赤道中太平洋的表层海水盐度变化及其控制因素。
Hadley环流是大气水汽和热量经向传输的重要途径之一，其强度主要受控于经向表层温度梯度。中更新世气候转型（1.25～0.7 Ma）前后，随着中高纬区显著降温，经向表层温度梯度增大，Hadley环流逐渐增强，低纬-高纬之间的水汽与热量传输改组，进而调控了北半球冰盖增长。Hadley环流包括两部分：（1）表层信风驱动水汽和潜热在赤道附近汇聚，形成热带辐合带（ITCZ）；（2）ITCZ的上升气流抵达对流层中上部之后，向两侧极地辐散，并在中纬区加入西风带，通过瞬变涡形式继续向高纬传输水汽和潜热。前人研究表明，中更新世转型前后，Hadley和西风带的位置均显著南移、强度逐渐增大，但ITCZ变化仍有很大不确定性。
图1 太平洋表层海水温盐分布及研究站位。
该研究利用赤道中太平洋（ODP 871站）浮游有孔虫G. ruber的Mg/Ca比值和氧同位素指标，重建了1.8 Ma以来表层海水温度（SST）与盐度（SSS）演变历史，结果表明，有别于暖池核心区温度、盐度相对稳定的特征，ODP 871站的SST在中更新世转型前后的降温幅度大于暖池核心区，可能指示东北信风增强、暖池东北边界向核心区收缩；该站SSS在~1.6Ma时与南太平洋热带高盐水团相近，到~0.5 Ma时则与暖池核心区低盐水团相近，SSS减小幅度达2 psu，反映出当地蒸发—降雨平衡从蒸发主控转变为降雨主控。
据此，该研究认为中更新世转型前后ODP 871站位附近的水文气候变化指示了太平洋ITCZ逐渐南移、强度逐渐增大。具体机制如下：中更新世转型前后，南、北半球中纬区SST都显著降低，但北半球SST降温幅度更大，跨赤道的经向SST梯度（南-北）逐渐增大，驱动ITCZ平均位置南移；同时，由于南、北半球中纬SST与赤道SST梯度同时增大，导致南北半球Hadley环流和表层信风同时增强，促进ITCZ区水汽汇聚与抬升、降雨量增加。这些证据和认识，为探讨低纬水热循环演变对中更新世气候转型的贡献提供了关键线索。
图2. 1.8Ma以来西太暖池不同位置的表层海水盐度及经向温度梯度演变。
论文第一作者和共同通讯作者均为我室博士后王星星，合作作者包括：美国密歇根大学Kelsey A. Dyez博士、美国加州大学圣克鲁斯分校A. Christina Ravelo教授，以及同济大学翦知湣教授（共同通讯作者）、王跃副教授、刘丰豪博士、江小英工程师，硕士研究生孙春晓。该项研究得到国家自然科学基金（项目号：42106060、41976047、91958208）和海洋地质国家重点实验室启动基金（项目号：MG202101）的共同资助。
论文引用：Xingxing Wang*, Yue Wang, Kelsey A. Dyez, A. Christina Ravelo, Chunxiao Sun, Fenghao Liu, Xiaoying Jiang, Zhimin Jian*,(2023). Southward shift and intensification of the intertropical convergence zone in the North Pacific across the mid-Pleistocene transition. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL105983. https://doi.org/10.1029/2023GL105983
论文链接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL105983