南半球与北半球气候的相互影响及机制研究取得重要新进展

 长期以来古气候学界一直存在一个未解的谜题，即为什么在一段较长的冷期之后，迅速地以一个相对较短的气候变暖期为结束，而后又再次重复变化？这种冷暖转变的过程机制是什么？这实际上涉及到地球的南–北两个半球气候过程之间的相互作用及其机制问题。 

 中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室、中科院第四纪科学与全球变化卓越创新中心洪冰研究员课题组与阿根廷和日本科研人员组成的联合研究小组，近日在国际顶级地学期刊Earth-Science Reviews(IF = 9.53)上提出证据表明，当来自高北纬度巨量的融冰洪水倾泻入北大西洋，导致大西洋经向倒转环流(AMOC)的运转变慢甚至停止，致使地球系统能量重新分配，北半球变冷而南半球变暖，出现一个正相的半球热梯度或半球间温度反差(TCBH)，它使得地球的热带辐合带(ITCZ)和南半球西风带(SWW)的平均纬度位置向地球的南极方向移动，起源于南半球的印度洋夏季风(ISM)的强度也同时变弱(图1)。 

　　图1. 末次冰期-间冰期转换期南半球西风带(SWW)，热带辐合带(ITCZ)及印度洋夏季风(ISM) 对半球热梯度变化(TCBH)的响应关系。YD指新仙女木冷期，B/A指B？lling/Aller？d暖期， ACR指南极冷反转期，H1指Heinrich1冷期。 

 上述变化过程显示了北半球对南半球的影响；而南半球是否及如何影响北半球仍不清楚。该项研究的第一个新贡献是，进一步阐明了南半球西风带的活动特征，指出该西风带存在一个风力最强的相对稳定的核心区域，它位于大约南纬47度附近；南半球西风带对不同相位的半球间温度反差的响应，表现为以大约南纬47度为轴，向地球南极或赤道方向摆动的过程(图1)；第二个新贡献是提出，在Heinrich1事件(H1事件)和新仙女木事件(YD事件)时期，当灾难性的融冰洪水对地球气候系统造成冲击时，也同时启动了地球气候系统的自我修复过程，或触发了一个南半球对北半球气候的影响过程。这个自我修复过程是由于南半球西风带向南极方向的摆动触发的，它使南大洋上升涌流增强，其结果不仅把更多大洋深部的CO₂释放到大气环境中，导致南北半球不同的变暖，特别是它增强了对南大洋深层水的拉动作用，反映了南半球西风对AMOC更强的拉动影响，并最终导致AMOC重新加快运转，使北半球变暖而南半球变冷(图1)。该研究结果突显了地球两半球气候系统的关联特征，特别是南半球西风在其中所起的重要作用；它揭示了对于地质历史上发生的一些重大灾变，地球气候系统具有自我修复能力。这一成果对地球系统科学研究具有重要意义。 

 该研究获国家自然科学基金项目41673119, 41773140, 41373134资助。

 论文链接 https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.102917 

（洪冰课题组/供稿）