《自然》：新研究發現東亞季風區“雨神”

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熱帶海洋增暖與東亞季風區降雨增強緊密聯系        受訪者供圖

10月20日，《自然》在線發表同濟大學海洋地質國家重點實驗室教授翦知湣團隊的最新科研成果，該團隊發現熱帶海洋變暖對東亞季風氣候具有強化作用，首次從能量學角度闡釋了低緯海洋過程在氣候演變中的驅動作用，為解答海—陸水熱循環聯系提供了最新見解。

海洋是地球氣候系統最大的儲熱庫。工業革命以來，人為釋放二氧化碳的溫室效應造成全球變暖，其中，90%以上的過剩熱量進入海洋。熱帶印度洋—西太平洋暖池是全球表層海溫最高、熱含量最集中的區域，不斷地為大氣上升運動、對流降雨提供能量和水汽，也是整個地球氣候系統的“熱量和蒸汽引擎”。

上層海洋熱量也是推動熱帶風暴（臺風）的關鍵要素，近年來，在全球變暖背景下，海洋熱量持續增加，被認為與東亞區域登陸臺風的破壞力增強緊密相關。然而，海洋熱量與陸地降雨之間的聯系方式和機制，仍然不夠清楚。

現代儀器觀測資料的不足，極大限制了人類對極端天氣/氣候災害的預測和預防能力，亟需利用地質記錄和數值模擬等多種手段，研究過去的海洋熱含量變化及其對海—陸間能量/水循環的調控作用。

翦知湣團隊和德國不來梅大學、美國羅格斯大學、美國加州大學圣塔芭芭拉分校、德國基爾大學的研究者合作，首次利用暖池區10個深海沉積巖芯中的浮游有孔蟲微體化石，重建了過去36萬年以來上層海水（0至200米）熱含量的變化，發現暖池熱含量的重建記錄與地球氣候系統數值模式瞬變模擬的熱含量曲線變化形態和幅度非常一致。團隊還重建了暖池區表層海水的剩余氧同位素，其結果與暖池熱含量變化一致，兩者在歲差周期上均與中國石筍記錄的大氣降雨氧同位素呈同步變化：即暖池熱含量增大，對應海水剩余氧同位素變重、而石筍氧同位素變輕。

“這說明，在萬年尺度的天文周期上，暖池的熱量變化可以調控太平洋與亞洲大陸之間的水汽傳輸。”翦知湣說，“當暖池熱量增加，熱帶海表蒸發增強、水汽匯聚，并以季風和臺風的形式向相鄰陸地傳輸，導致東亞降雨增加。”

“從能量學的角度來說，海洋熱含量與季風變化之間的耦合，是調節全球水文氣候的關鍵所在，同時這兩者都受到天文尺度太陽輻射量變化的調控。”論文合作者、德國不來梅大學教授Mahyar Mohtadi從不同角度表述了這項研究對全面理解全球水文循環機制的推進作用。

論文合作者、美國羅格斯大學教授Yair Rosenthal表示：“我們的工作提出，相比海水表面溫度，海洋熱結構變化是決定海洋水汽和潛熱運移及其向陸地輸送的最關鍵因素。”

該研究綜合利用現代觀測、古環境替代指標、以及海氣耦合模式和水同位素數值模式的瞬變模擬，從暖池區上層海洋熱含量（而非表層海水溫度）的角度探索水汽潛熱傳輸，通過海陸之間的水同位素梯度來衡量全球季風水循環強度，不僅拓展了古海洋與古氣候的能量學研究新領域，也可為現代和未來氣候變化提供“以古論今”的新思路。