海洋所揭示類ENSO系統(tǒng)對西太暖池深對流演化的影響
近日,國際綜合性期刊《全球和行星變化》(Global and Planetary Change)在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所萬世明課題組、法國巴黎薩克雷大學(xué)等單位合作的最新研究成果 “Orbital hydroclimate variability revealed by grain-size evidence in the tropical Pacific islands since 140 ka”。研究團隊基于新幾內(nèi)亞鳥頭半島北部MD01-2385鉆孔的連續(xù)沉積記錄,提供了目前熱帶西太平洋島嶼的最高時間分辨率粒度記錄。結(jié)合模擬結(jié)果,本研究揭示了類ENSO系統(tǒng)對西太平洋暖池深對流-降水演化的影響。
熱帶西太平洋暖池因其巨大的熱含量和強烈的深對流,在全球氣候變化中起著關(guān)鍵的作用。然而,目前對該區(qū)域軌道(萬年)時間尺度上的暖池深對流-降水機制及特征的認識仍然有限。一方面原因在于,熱帶輻合帶(ITCZ)和類ENSO系統(tǒng)的復(fù)雜影響;另一方面,研究區(qū)已有降水重建記錄多基于氫氧同位素或X射線熒光掃描的元素比值,而兩者一定程度都受到海洋過程的影響(如生產(chǎn)力、洋流混合等)。因此,尋求新的代用指標、重建獨立的降水演化歷史,以與已有進行指標交叉驗證,可更好地揭示暖池深對流對區(qū)域海洋-大氣過程的響應(yīng)。
基于這一思路,研究人員利用暖池核心區(qū)的MD01-2385深海沉積巖芯,提取了跨越過去14萬年的連續(xù)粒度記錄,時間分辨率首次達到156年每樣。通過對粒度記錄進行定量端元分解,重建了暖池深對流-降水演化歷史。結(jié)果顯示,暖池深對流-降水受到歲差周期控制,并與赤道秋季太陽輻射同相位變化(圖1),該結(jié)果得到模式模擬結(jié)果的支持。與鄰近記錄對比發(fā)現(xiàn),研究站位的深對流-降水歷史響應(yīng)的歲差相位與赤道其他記錄以及類ENSO系統(tǒng)變化一致,并與其北部島嶼(菲律賓南部)和南部島嶼(新幾內(nèi)亞主島北岸)變化不同(圖2)。如圖2所示,可見本文記錄(紅色三角)及其他赤道記錄所響應(yīng)的太陽輻射的相位與其南、北的記錄均不同,而與Ni?o 3海溫異常模擬結(jié)果所響應(yīng)的相位變化一致。這種“三明治”模式的變化及其對赤道9月太陽輻射的響應(yīng)排除了ITCZ遷移對研究區(qū)深對流-降水變化的重要影響。進一步與其他指標重建記錄及模擬結(jié)果的對比表明,研究區(qū)降水變化可能主要受到類ENSO系統(tǒng)的控制。如圖3所示,赤道9月太陽輻射達到最大值時(圖3f),緯向風異常可能會促進赤道東太平洋上升流加強(圖3c),以及太平洋溫躍層梯度增大(圖3b),并促進類ENSO系統(tǒng)的發(fā)展,導(dǎo)致暖池深對流-降水的增強(圖3a)。這種變化在模式模擬的海表溫度結(jié)果中亦有體現(xiàn)(圖3d,e)。
論文第一作者為法國巴黎薩克雷大學(xué)一年級博士生唐小潔(2023年碩士畢業(yè)于中國科學(xué)院海洋研究所),通訊作者為海洋研究所于兆杰副研究員。本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項、國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金等項目的支持。
論文連接: https://authors.elsevier.com/sd/article/S0921-8181(24)00076-6
論文信息:
Tang Xiaojie,Yu Zhaojie*,Zhengyao Lu,Lina Song,Zehua Song,Christophe Colin,Giuseppe Siani,Xiaoying Kang,Fengming Chang,Franck Bassinot,Shiming Wan (2024). Orbital hydroclimate variability revealed by grain-size evidence in the tropical Pacific Islands since 140 ka. Global and Planetary Change. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104429

圖1 MD01-2385粒度記錄與赤道6月太陽輻射、熱帶西太平洋海水氧同位素重建記錄、海表溫度重建記錄及全球海平面變化對比及頻譜分析圖。可見研究區(qū)粒度記錄表現(xiàn)出顯著歲差周期。

圖2 熱帶西太平洋島嶼降水重建記錄2萬年周期相位圖。可見赤道記錄(MD01-2385,MD10-3340以及Borneo)與Ni?o 3海表溫度異常(紅色箭頭)均表現(xiàn)為對赤道9月太陽輻射的響應(yīng),而北半球MD06-3075及南半球MD05-2920、MD05-2925(藍色箭頭)則與赤道記錄表現(xiàn)不同。

圖3 MD01-2385粒度記錄與類ENSO系統(tǒng)變化相關(guān)記錄。可以看出均響應(yīng)于赤道9月太陽輻射變化。
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