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    我国学者在赤道太平洋气候演变研究方面取得重要进展

    日期 2019-04-12   来源:地球科学部   作者:李薇 冷疏影  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:41525020,41776051,91428310)等资助下,同济大学田军团队、香港大学柳中晖团队及国际合作者在东赤道太平洋冷舌的地质演变方面取得重要进展。研究成果以“Eastern Equatorial Pacific Cold Tongue Evolution since the Late Miocene Linked to Extratropical Climate”(晚中新世以来与热带外气候相关的东赤道太平洋冷舌演变)为题,于2019年4月3日在Science Advances(《科学进展》)上发表。论文链接:http://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaau6060。

      海水表层温度(SST)和温跃层深度的“跷跷板”式变化是东赤道太平洋冷舌(以下简称“东太冷舌”)与西赤道太平洋暖池(以下简称西太暖池)最显著的特征,直接反映厄尔尼诺-拉尼娜气候波动(图1)。对东太冷舌形成过程的认识是理解厄尔尼诺-拉尼娜气候波动地质演变的关键环节。过去对东太冷舌强度变化的研究主要基于温跃层深度和两个SST梯度参数,即赤道太平洋SST的纬向梯度和高-低纬太平洋SST的经向梯度。但基于上述参数指示的东太冷舌演变,不同的结果差异较大,导致学术界对东太冷舌的形成时间和发育机制尚无统一认识。总的来说,对其成因机制的解释有两种假说,一种用“温跃层传播机制”来解释冷舌的形成,另一种观点则认为巴拿马海峡的逐渐关闭是冷舌形成的关键。

      田军等对赤道太平洋现代过程的研究发现,东太冷舌与其毗邻的东赤道太平洋暖池的SST梯度变化可以很好地反映厄尔尼诺-拉尼娜气候波动。那么,这个SST梯度是否可以进而指示冷舌的发育状态?田军等利用国际大洋钻探计划的深海岩芯,重建了东太暖池边缘区IODP U1337站8Ma以来的SST记录,结合东太冷舌核心区ODP 846站的SST记录,计算得到东太冷舌和东太暖池区的SST梯度记录(图2D),重现了8百万年(Myr)以来东太冷舌的演变历史。结果指出,8-4.3百万年期间,两站位的SST梯度(0.5-1.5°C)与1997/98年冬季(强厄尔尼诺时期)SST梯度值较接近(图2D),表明冷舌处于较弱发育、甚至无发育的状态;4.3百万年之后,两站位的SST梯度以~1°C/Myr的速度逐渐加强,于0.8 百万年达到现代水平(~3.7°C),说明该阶段是冷舌增强的主要阶段,同时也是冷舌持续发育至现代水平的重要时期。根据前人的结果,东赤道太平洋温跃层深度显著变浅发生在5.5-4.0百万年期间(图2E),在时间上与冷舌发育不符,说明温跃层变化不应是冷舌发育的充分条件。东太冷舌和东太暖池的SST梯度与太平洋中、高纬SST变化紧密关联,也能反映东、西赤道太平洋的SST纬向梯度变化。研究指出,东赤道太平洋温跃层变化反映了巴拿马海峡的闭合,它是冷舌形成的前提条件。在“温跃层传播机制”下,高纬度降温是冷舌持续发育至现代状态的根本因素。

    图1 现代太平洋海水表层温度(SST)分布和研究站位

    图2 东赤道太平洋冷舌发育与太平洋其它高低纬海域海水表层/次表层温度的关系。A、IODP U1337站底栖有孔虫氧稳定同位素记录;B、以ODP846站和ODP1208站为代表的中低-纬海水表层温度梯度变化;C、以ODP846站和ODP806站为代表的东-西赤道太平洋海水表层温度梯度变化;D、冷舌强弱变化(SSTU1337-846);E、ODP849站和ODP1241站海水次表层温度;F、巴拿马海道西侧ODP851站和东侧ODP999站浮游有孔虫氧稳定同位素差值,以及ODP999站海水次表层温度




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