海洋所揭示浮游植物引發(fā)的加熱效應重塑多年拉尼娜演變
近日,中國科學院海洋研究所海洋中小尺度動力學研究組在Nature旗下Communications Earth & Environment期刊發(fā)表研究成果。該研究首次提出,由海洋浮游植物引發(fā)的加熱反饋過程,是重塑多年拉尼娜事件演變的關(guān)鍵物理-生態(tài)學耦合新機制,為理解與改進厄爾尼諾—南方濤動(ENSO)預測提供了全新視角。
拉尼娜現(xiàn)象是熱帶太平洋中東部海表溫度持續(xù)異常偏冷的氣候事件,其中持續(xù)時間超過兩年的“多年拉尼娜”,對全球氣候及生態(tài)系統(tǒng)的累積影響更為深遠且持久(圖1)。近年來,這類多年拉尼娜事件發(fā)生頻率顯著上升,氣候模型預測其在本世紀末可能進一步增多,但海洋生物地球化學過程如何響應并反饋多年拉尼娜事件,目前仍處于未知狀態(tài)。

圖1 1998~2000年三連拉尼娜春末夏初海表葉綠素的異常分布(綠色代表增加,亮藍代表減少)
研究團隊結(jié)合歷史觀測資料與海洋物理-生物地球化學耦合模式開展模擬試驗,系統(tǒng)揭示了多年拉尼娜期間葉綠素變率通過影響短波輻射穿透,進而重塑這一冷事件演變的內(nèi)在機制。在多年拉尼娜期間,赤道東西太平洋的表層葉綠素對該事件的響應呈現(xiàn)顯著差異。在赤道中西太平洋,持續(xù)增強的緯向平流過程驅(qū)動葉綠素連續(xù)兩年呈現(xiàn)正異常,這些葉綠素正異常會促使短波輻射在海洋混合層被吸收,在多年拉尼娜初期抑制海表變冷;隨后,這一過程引發(fā)混合層變淺及經(jīng)圈環(huán)流增強,導致赤道中西太平洋持續(xù)變冷,使第二年拉尼娜強度增強8%。
與之相反,受西北太平洋反氣旋環(huán)流與北太平洋經(jīng)向模的聯(lián)合影響,赤道東太平洋在拉尼娜第二年出現(xiàn)顯著葉綠素負異常。葉綠素減少使得更多太陽輻射穿透至海洋深層,加熱次表層海水,這些次表層暖水隨后通過背景上升流輸送至表層,導致赤道東太平洋第二年拉尼娜強度減弱45%。此外,葉綠素變率空間結(jié)構(gòu)的差異進一步增強了赤道太平洋東西部海表溫度梯度,通過海氣耦合反饋進一步加劇了赤道中西太平洋的冷異常。研究同時發(fā)現(xiàn),深層葉綠素極大值會進一步強化這一冷效應。

圖2 浮游植物葉綠素引發(fā)的加熱效應重塑多年拉尼娜的時空演變
該研究首次闡明了浮游植物加熱反饋在年際尺度上的復雜效應,證實其對多年拉尼娜事件具有關(guān)鍵調(diào)控作用。這項成果不僅為改進ENSO預測模型提供了關(guān)鍵物理依據(jù),還將深化全球變暖背景下極端氣候-生態(tài)事件演變規(guī)律的研究,為防范相關(guān)氣候風險提供重要科學支撐。身形微小的浮游植物,實則在地球氣候調(diào)節(jié)中占據(jù)舉足輕重的地位。這項研究發(fā)現(xiàn),海洋微型生物能夠影響多年持續(xù)性拉尼娜等重大氣候事件的演變進程。
該研究由中國科學院海洋研究所、南京信息工程大學與北京師范大學聯(lián)合完成,得到國家自然科學基金等項目資助。
論文信息:
Tian, F.*, Zhang, R.-H. *, Wang, X, & Liu, C. (2026). Phytoplankton-induced radiation effects reshape the evolution of multi-year La Ni?a. Commun Earth Environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03680-z
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