习近平总书记在主持中央政治局第三次集体学习时强调，要加强基础研究，实现高水平科技自立自强。基础科学研究的核心任务之一是揭示地球系统运行的规律，并为应对未来全球变化提供科学依据。古气候研究作为地球系统科学的重要基础领域，通过重建过去气候的变化过程，可为理解自然背景下气候系统的敏感性和演变规律提供关键视角，从而弥补现代仪器观测记录过短的缺陷。
北京时间2026年11月6日，西安交通大学作为第一单位和共同通讯单位，在《科学》（Science）杂志上以Research Article形式发表《冰期海洋环流突变的速度比冰芯记录指示的更慢》（Glacial abrupt transitions in ocean circulation were much slower than ice-core records imply）的研究论文。西安交通大学董西瑀助理教授为论文第一作者，西安交通大学程海教授和英国南极调查局研究员、剑桥大学博士生导师、西安交通大学张旭讲座教授为论文共同通讯作者。本论文为程海教授团队以西安交大为第一单位发表的第三篇《自然》（Nature）、《科学》（Science）主刊论文。团队联合德国不来梅大学、亥姆霍兹极地与海洋研究中心、中国科学院地球环境研究所、贵州省山地资源研究所、丹麦哥本哈根大学、美国俄勒冈州立大学、美国加利福尼亚州立大学、英国卡迪夫大学、南京师范大学、意大利比萨大学、中国科学院青藏高原研究所、美国明尼苏达大学和云南师范大学等单位的科研人员，针对末次冰期多次发生的气候突变事件（即Dansgaard-Oeschger事件，简称DO事件），开展了气候记录和模式的综合研究。
DO暖事件期间北半球高纬度地区升温5–16°C，与大西洋经向翻转环流（AMOC）的增强密切相关，是理解未来AMOC 演变的理想古气候类比。AMOC是影响全球气候系统的重要洋流，其携带表层暖水向北；在高纬度北大西洋和北欧海，伴随表层海温下降和盐度升高，海水密度增大，下沉形成向南的深层返回流。现有研究认为，DO期间AMOC的突然增强可在数十年内完成，这引发了学界对未来AMOC 可能发生类似快速转型的担忧。然而，该结论基于冰芯氧同位素（δ18O）记录推断，而该信号同时受温度和水汽源影响，其可靠性尚待检验。关键的是，位于印度东北和中国西南的石笋δ18O反映亚洲夏季风环流、上游对流强度和水汽源区的变化，直接响应AMOC 驱动的热带辐合带的移动，可为检验AMOC 转型提供独立依据。但是，现有石笋记录仍缺乏高精度年代和年纹层约束，无法定量评估转型速率，同时模式研究的缺失也制约了对影响机制的认识。
针对上述瓶颈，本研究选取印度东北乞拉朋齐洞和中国西南水西洞的两支年纹层石笋，依托西安交通大学全球环境变化研究院同位素实验室和西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室，开展了U-Th 定年与纹层计数，结合已发表的张家洞年纹层石笋记录，获得了涵盖DO-1–DO-8 事件的高分辨率石笋δ18O演化序列，精确约束了DO暖事件的转型持续时间。这些石笋记录具备密集和高精度U-Th定年、高分辨率和年纹层约束，是学界长期期待的新一代高质量石笋记录。研究结果表明，石笋记录的DO暖事件转型持续时间均长于100年，不同事件有差异，平均约为180年），远长于相应的格陵兰冰芯δ18O记录的转型持续时间（<70年）。结合包含了同位素的气候模式，进一步揭示了两阶段的AMOC增强过程。首先，北大西洋东北部海冰的消退，触发了区域大气环流从冰阶向间冰阶的快速调整，从而导致了格陵兰δ18O值的急剧升高。此后，AMOC进一步增强，北大西洋西北部海冰持续退缩，但是大气环流模态和水汽输送路径未发生显著变化，因而格陵兰δ18O值未再出现明显波动。模拟结果显示，亚洲季风区石笋δ18O记录对应着完整的AMOC增强过程。与此同时，南半球西风带也在百年尺度上逐步北移，其转型持续时间与AMOC增强过程基本一致。这进一步表明，完整的半球间热力调整过程是缓慢进行的，其时间尺度远非格陵兰冰芯δ18O记录所呈现的那样迅速。
图1 冰期剧烈变暖事件期间亚洲石笋和格陵兰冰芯氧同位素记录、南极冰芯氘盈余记录的对比
图2 冰期剧烈变暖事件的转型过程
图3 DO暖事件期间AMOC，海冰和水汽传输变化的概念图
上述发现重新定义了冰期气候突变事件中“突变”一词的内涵。现有研究表明，AMOC演变具有非对称性，其恢复速率可能快于其崩溃速率。若本研究阐释的动力学机制在人为增温背景下同样适用，那么未来AMOC若发生减弱或崩溃，其演变可能跨越更长的时间尺度，尽管与之相关的大气重组过程可能更快发生。需要指出的是，未来AMOC减弱所涉及的物理过程可能与冰期DO事件不尽相同，但本研究的核心启示在于：在评估AMOC演变时，须清晰区分快速的大气响应过程与缓慢演变的大洋环流转型。同时，未来工作应注重发展耦合冰盖过程的气候模式，以更好地模拟冰盖融化对AMOC的影响。
该研究体现了高质量古气候记录与基于过程的模拟研究相结合的重要性。一方面，年纹层石笋记录为定量评估气候突变事件的转型速率提供了重要观测约束；另一方面，同位素地球系统模式为解释记录背后的动力学机制提供了理论框架。研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、博士后科学基金、中央高校基本科研业务费、西安交通大学全球环境变化科学学科建设专项（重点项目）、德国联邦教育与研究部“古气候模拟”(PalMod)计划、美国国家自然科学基金、欧盟“地平线欧洲”科研计划和贵州省基础科学研究等项目的资助。
程海教授，西安交通大学人居学院和全球环境变化研究院教授、美国地球物理联合会（AGU）会士、国际地球化学协会和欧洲地球化学协会会士、全球高被引学者。长期从事同位素地球化学与全球环境变化研究。发表学术论文近800篇。包括Nature和Science论文31篇，Nature和Science子刊和PNAS论文百篇。获得气候变化领域中的主要奖项包括欧洲地球科学联合会（EGU）米兰科维奇奖章和Emiliani Lecture等荣誉。Research.com发布的2026年度全球地球科学领域顶尖科学家榜单中排名全球第6，中国第1。
张旭，英国南极调查局高级研究员，剑桥大学博士生导师，西安交通大学讲座教授。获得德国AWI“Heinrich Award I”和第六届刘东生杰出青年奖等荣誉。主要从事地球系统、冰盖变化以及水体同位素的数值模拟研究。现发表学术论文120余篇，其中以第一/通讯作者在Nature和Science发表学术论文5篇，Nature Geoscience2篇，Nature Communications3篇，并以合作者身份在Nature，Science，Nature Communications，PNAS等刊物发表多篇学术论文。主持科技部国家重点研发计划子课题等项目。
董西瑀，2014年考入西安交通大学，先后完成本硕博阶段的学习，现为西安交通大学人居学院和全球环境变化研究院助理教授，入选国家博士后创新人才支持计划和西安交通大学青年优秀人才支持计划。以第一作者在Science，Nature Communications （两篇）和The Innovation Geoscience等期刊发表论文6篇，参与发表研究型论文30余篇。主持首批国家自然科学基金青年学生基础研究项目（博士研究生），博新计划科研项目，博士后科学基金会面上项目，中央高校基本科研业务费等。获批国家自然科学基金青年基金项目（C类）。主要研究方向为冰期气候突变事件，气候临界点和未来亚洲季风演变。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed4270
