欧博allbet南科大海洋系刘青松团队揭示岁差驱动的水汽循环对北极气候的关键影响
近日，欧博allbet南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授刘青松团队在Nature Communications发表题为“Precession modulates the poleward expansion of atmospheric circulation to the Arctic Ocean”的文章。研究深入探讨了北太平洋地区低纬度和高纬度水汽循环的相互作用，以及这一过程如何对北极气候变化产生深远影响。
图1. 北太平洋夏季降水及风场空间分布图
现代观测普遍认为人类活动排放的二氧化碳（CO2）导致地表反照率变化，并造成北极地区持续变暖。然而，现有研究通过高分辨率气候模型研究发现，北极地区的持续升温，不仅与地球表面反射率变化有关，还与从太平洋到北极地区的水汽输送密切相关。研究表明，北太平洋低纬度地区向极地的热量和水分输送也对北极气候和海冰分布范围产生重要影响，通过白令海峡的海洋热量和水分传输对北极变暖的影响可能比CO2排放的影响更大，但是缺乏长尺度的地质历史数据支持。
地球运行轨道并不恒定，而是发生周期性变化，进而影响太阳辐射量在地球表面的纬度与季节分布。这种气候变化的周期主要有4.1万年（斜率周期）、2.3万年（岁差周期）以及10万年和41.3万年（偏心率周期）。其中，高纬度区辐射量受斜率影响大，而岁差在中、低纬度区表现最强。比如，岁差周期（2万年）控制的季风降雨过去在早期低纬度非洲干旱区产生重要影响，对早期人类迁徙和进化起到了关键性作用。但是，岁差控制的季风降水是否也会影响高纬区的冰盖气候系统，还需要进一步厘定。
为了解决这一重要科学问题，刘青松团队聚焦于白令海地区，这一区域是连接太平洋与北极的关键地带，通过白令海峡将更多太平洋水汽输送到北冰洋地区。该研究的突破点在于寻找合适的水汽变化的替代性指标，在此基础上才能详细研究该区水汽变化的主控周期及其太平洋水汽传输的动力学过程。因此研究白令海地区轨道周期尺度的高分辨率水汽记录，这对研究太平洋水汽传输的动力学过程至关重要。
南科大海洋磁学中心团队过去几年在亚北极太平洋地区古地磁学年代学与磁性矿物机理及其古气候学、古海洋学应用等方面做了大量基础性工作，并创新性利用反映高纬度湿度敏感性指标针铁矿含量来揭示高纬度地区湿度变化。
图2. 40万年以来北太平洋高-低纬度降水记录集成对比
基于此，南科大海洋科学与工程系、海洋高等研究院研究副教授仲义和海洋科学与工程系讲席教授刘青松、瑞典隆德大学研究员陆正遥共同合作，联合德国柏林自由大学、澳洲国立大学、崂山实验室、日本富山大学、荷兰乌特勒支大学等国内外多家单位进行了综合研究。利用2013年国际大洋钻探323航次在白令海鲍尔斯海岭区获得的U1342站位沉积物样品，通过黏土矿物和岩石磁学等多指标方法重建了过去40万年以来白令海地区湿度记录（图2）。通过全球气候模式的30万年连续模拟对北太平洋副热带环流向极地的热量和水分输送的动力学分析，提出岁差驱动下北太平洋高-低纬度水汽循环动力学模式。本项工作在强调出长偏心率调控下的岁差驱动高-低纬度水汽传输过程；模式分析刻画出低纬度太平洋向极地地区热量和水汽传输的热力学和动力学过程；进一步强调水汽传输作为冰盖生长的先决条件，突出低纬度驱动在晚更新世冰量扩张模式中的重要作用等方面作出重要创新（图3）。
图3. 高-低岁差状态下北太平洋极向热量传输动力学模式
该研究发现北太平洋极向热量传输对未来气候变暖背景下北极海冰消退产生重要影响，同时由于“北极放大”效应作用的加剧，对整个全球气候模式的改变和生态系统的破坏可能产生广泛的影响，这不仅为揭示北极气候变化提供了新的视角，也为全球气候变暖背景下的海洋与气候系统互动提供了重要启示。
仲义为论文第一作者，南科大是论文的第一单位。刘青松和陆正遥为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金，深圳市科创局项目以及南科大高水平特别基金资助。U1342样品来自于国际大洋发现计划（IODP）支持。
论文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56542-1
供稿：海洋科学与工程系