2021年11月22日，我院齊義泉教授課題組博士後張帥與合作者在Nature出版集團的刊物《Communications Earth & Environment》上發表論文，通過測試熱帶西太平洋暖池核心區海底沉積物中多種有孔蟲殼體的地球化學（穩定氧同位素和鎂鈣比值）變化，在地質時間尺度上，重建了最近三十六萬年西太平洋海區的表層和次表層的水體溫度與鹽度的演化曆史，并探讨了太平洋熱帶與亞熱帶海區淺層溫鹽環流在地球軌道歲差頻段類ENSO過程中的關鍵作用。
圖1 熱帶太平洋現代溫鹽結構及研究站位KX97322-4所在位置
拉尼娜是常與厄爾尼諾相伴生的熱帶太平洋海表溫度異常現象，與大氣過程相聯系，被統稱為厄爾尼諾與南方濤動（El Niño/Southern Oscillation，ENSO）。在全球變暖的氣候背景下，拉尼娜或厄爾尼諾事件發生的概率更大，造成熱帶飓風、雪災等極端氣候事件的頻繁出現。目前僅依靠較短的儀器觀測記錄，很難獲得未來氣候變化的可靠論斷，為了準确理解ENSO的演化機理和動力機制，更準确的預測未來氣候走向，研究借助地質記錄中ENSO的蛛絲馬迹，探索其長期演變規律，揭示其背後的物理過程和驅動機制。
研究發現，在熱帶西太平洋，相較于表層水體，次表層水體有着不同的信号及來源，除了受十萬年的全球冰期間冰期的氣候背景影響，還以兩萬年的歲差周期為主要變化特征。通過與其它海區的沉積記錄對比和完全海氣耦合模式（CESM）的瞬變數值模拟，發現在過去三十六萬年裡，熱帶西太平洋的次表層水體一直受南太平洋亞熱帶海區潛沉的表層水影響。正是該表層水體的潛沉過程，将地球軌道歲差信号通過等密度面傳送到熱帶西太平洋海區的次表層。而該潛沉水體溫鹽屬性的改變，直接影響了熱帶西太平洋上部水體的層化結構，從而産生了歲差尺度上的類ENSO過程。在歲差處于極小值時，南半球夏至日對應遠日點，冬至日對應近日點，因此南半球夏天更長、冬天更暖。這會引起南太平洋亞熱帶潛沉區表層水體的溫鹽同步升高，增強向西太平洋輸送的暖信号，從而使西太平洋更加溫暖，增大熱帶太平洋東西向的海表溫差，導緻熱帶太平洋更偏向類拉尼娜态，反之在歲差極大值時，熱帶太平洋則更偏向類厄爾尼諾态。
圖2 三十六萬年來熱帶西太平洋表層和次表層溫鹽演化曆史
研究揭示了地球軌道變化引起的太陽輻射變化，通過影響亞熱帶與熱帶海區的相互作用，進一步影響到熱帶太平洋的氣候變化。為理解地球軌道變化對熱帶氣候變化的影響提供了重要的物理機制，為預測長時間尺度上的類ENSO過程提供了關鍵的理論框架。
圖3 地球軌道歲差極小值和極大值對應的熱帶太平洋熱狀态和環流結構
上述成果由我校聯合自然資源部第一海洋研究所、中國科學院海洋研究所、中國科學院南京地質與古生物研究所、中國地質大學（武漢）、同濟大學、德國阿爾弗雷德-瓦格納研究所等國内外知名高校和團隊共同研發完成。研究工作得到中科院戰略性先導專項（XDB42000000）、國家自然科學基金（41830539，41906058，41706040，41606045，41976047）、中國博士後科學基金（2017M611667）、同濟大學海洋地質國家重點實驗室開放課題（MGK1711）、中國科學院海洋地質與環境重點實驗室開放基金（MGE2017KG07）以及德國NOPAWAC項目（03F0785A）等經費支持。
論文DOI：10.1038/s43247-021-00305-5
鍊接：https://www.nature.com/articles/s43247-021-00305-5
(伟德国际1916备用网址 張帥、安傑晶）
