南半球與北半球氣候的相互影響及機制研究獲進展

　　長期以來古氣候學界一直存在一個未解的謎題，即為什么在一段較長的冷期之后，迅速地以一個相對較短的氣候變暖期為結束，而后又再次重復變化？這種冷暖轉變的過程機制是什么？這實際上涉及到地球的南–北兩個半球氣候過程之間的相互作用及其機制問題。

　　中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室、中科院第四紀科學與全球變化卓越創新中心研究員洪冰課題組與阿根廷和日本科研人員組成的聯合研究小組，近日在國際地學期刊Earth-Science Reviews上提出證據表明，當來自高北緯度巨量的融冰洪水傾瀉入北大西洋，導致大西洋經向倒轉環流(AMOC)的運轉變慢甚至停止，致使地球系統能量重新分配，北半球變冷而南半球變暖，出現一個正相的半球熱梯度或半球間溫度反差(TCBH)，它使得地球的熱帶輻合帶(ITCZ)和南半球西風帶(SWW)的平均緯度位置向地球的南極方向移動，起源于南半球的印度洋夏季風(ISM)的強度也同時變弱(圖1)。

　　上述變化過程顯示了北半球對南半球的影響；而南半球是否及如何影響北半球仍不清楚。該項研究的第一個新貢獻是，進一步闡明了南半球西風帶的活動特征，指出該西風帶存在一個風力最強的相對穩定的核心區域，它位于大約南緯47度附近；南半球西風帶對不同相位的半球間溫度反差的響應，表現為以大約南緯47度為軸，向地球南極或赤道方向擺動的過程(圖1)；第二個新貢獻是，提出在Heinrich1事件(H1事件)和新仙女木事件(YD事件)時期，當災難性的融冰洪水對地球氣候系統造成沖擊時，也同時啟動了地球氣候系統的自我修復過程，或觸發了一個南半球對北半球氣候的影響過程。這個自我修復過程是由于南半球西風帶向南極方向的擺動觸發的，它使南大洋上升涌流增強，其結果不僅把更多大洋深部的CO2釋放到大氣環境中，導致南北半球不同的變暖，特別是它增強了對南大洋深層水的拉動作用，反映了南半球西風對AMOC更強的拉動影響，并最終導致AMOC重新加快運轉，使北半球變暖而南半球變冷(圖1)。該研究結果突顯了地球兩半球氣候系統的關聯特征，特別是南半球西風在其中所起的重要作用；它揭示了對于地質歷史上發生的一些重大災變，地球氣候系統具有自我修復能力。這一成果對地球系統科學研究具有重要意義。

　　該研究獲國家自然科學基金項目41673119, 41773140, 41373134資助。

圖1. 末次冰期-間冰期轉換期南半球西風帶(SWW)，熱帶輻合帶(ITCZ)及印度洋夏季風(ISM) 對半球熱梯度變化(TCBH)的響應關系。YD指新仙女木冷期，B/A指Bolling/Allerod暖期， ACR指南極冷反轉期，H1指Heinrich1冷期。