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Science Advances发表我室党皓文和翦知湣研究成果:末次冰期以来暖池温跃层演变

时间:2020-10-15浏览:34设置

20201014日,《Science Advances》在线发表我室党皓文副研究员与合作者的研究论文:“Pacific warm pool subsurface heat sequestration modulated Walker circulation and ENSO activity during the Holocene”,指出末次冰期—全新世期间西太平洋暖池温跃层热量积累是调控沃克环流和厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)活动的核心要素,从海洋温跃层的角度为“气候演变的低纬驱动”假说提供了重要支撑。

 

现代年际—年代际尺度上我们可以直观感受到,以ENSO(及大气沃克环流)为核心的热带太平洋海气耦合系统的变动,深刻地影响着亚太乃至全球的气候异常和变率。但在过去千年万年尺度上ENSO如何变化、主控机制是什么、全球意义如何?这一系列问题一直是科学前沿的难题。本项研究聚焦热带上层海洋“引擎”所在,整合热带西太平洋东印度洋的30余个高时间分辨率海洋沉积记录(图1),利用栖居于海水表层和温跃层的两种浮游有孔虫壳体镁/钙比值,再造末次冰盛期以来暖池区表层和温跃层的古海温变化规律,解析古ENSO长期变化的奥秘。

  

1. 计算暖池区表层海温(SST)和温跃层海温(TWT)的数据记录站点位置。白色圆圈示兼具SSTTWT的站位,蓝色三角示仅有SST的站位。

传统的古海洋和古气候变化往往更关注海洋表层温度(SST)变化,本研究再次验证,暖池区SST自末次冰盛期以来整体上遵循大气二氧化碳浓度及全球冰量的演变模式,反映以温室效应为代表的全球性气候变化信号主导暖池区表层海水温度。

SST迥异,暖池区温跃层温度(TWT)在末次冰消期具有明显的先导性——TWT起始升温比大气二氧化碳起始升高要领先约4千年。更重要的是,最近约1万年的全新世期间,尽管SST基本保持稳定,TWT却显著地下降了约1°C,与轨道参数,特别是岁差变化息息相关,并且呈现出早全新世和中全新世两个峰值,分别与岁差导致的至点和分点辐射量最大值相对应。对TWT记录的深入分析发现:早全新世峰值可称为暖池区温跃层的普遍现象,在开放的西太平洋和帝汶海水域最为典型;中全新世峰值是仅限于近赤道的印尼群岛水域内的局地现象(图2)。

  

2. 暖池区温跃层海温(TWT)的两种变化模式:早全新世峰值(EH-peak)和中全新世峰值(MH-peak),及其在各站点的分布规律(应用主成分分析方法得以验证)。

通过考察对比多项相关指标记录(如太平洋中纬度海温、南源水团指标、南极温度及亚洲石笋等),并结合国际主流的海气耦合气候数值模拟(以轨道参数和二氧化碳温室效应为外部驱动),本研究发现:暖池区温跃层的早全新世TWT峰值与南半球来源的上层海洋温跃层环流热传输紧密联系;而中全新世暖池区TWT峰值则可对应于赤道太平洋西—东向的表层和次表层海温梯度极大值、赤道西太平洋大气对流活动(沃克环流)的最盛期。据此,本研究提出地球轨道参数,特别是岁差驱动的中—低纬太阳辐射量变化,可以通过调节次表层环流向暖池区温跃层的热传输,最终调控赤道太平洋西—东向的热结构及相关海气耦合系统(即ENSO活动和大气沃克环流强度)的长期变化。自早全新世至中全新世,暖池区次表层的热量积累最终导致中全新世ENSO活动被压制,这一机制在当前全球变暖格局中可能也会发挥类似的负反馈效应。

本文第一作者为党皓文副研究员、通讯作者为翦知湣教授,合作者包括我室王跃副教授、德国不来梅大学Mahyar Mohtadi博士、美国Rutgers大学Yair Rosenthal教授、自然资源部第二海洋研究所叶黎明副研究员、法国国家科学研究中心气候与环境实验室Franck Bassinot研究员、德国基尔大学Wolfgang Kuhnt教授。该项研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、自然资源部重点专项等项目的资助。

            原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabc0402

 

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