11月29日，《科学进展》（Science Advances）杂志刊发西安交通大学人居环境与建筑工程学院、全球环境变化研究院程海教授团队主导，与美国印第安纳州立大学Amos Winter教授，美国加州州立大学Ashish Sinha教授和德国海德堡大学Sophie Warken教授合作的论文——“北大西洋副热带高压对千年-轨道尺度大西洋暖池水文气候变化的驱动作用”（North Atlantic Subtropical High forcing of Atlantic Warm Pool hydroclimate variability on millennial to orbital timescales）。论文第一作者为李瀚瑛副教授，通讯作者为程海教授和Amos Winter教授。

已有研究普遍认为北半球夏季日照增强会导致热带降雨增多，但古巴洞穴石笋古气候记录显示，加勒比地区在夏季日照增强时反而更加干旱。本研究首次指出，控制该地区干湿变化的关键因素是长期被忽视的北大西洋副热带高压。这个庞大的高压系统在千年至轨道时间尺度上主导着大西洋暖池（包括加勒比海、墨西哥湾和中美洲部分地区）的降水变化。

图1.区域气候态

（A）区域降水、海温和北大西洋副热带高压分布图 

（B）大西洋暖池降水和北大西洋副高强度年循环图

在轨道尺度，经典季风区石笋氧同位素（δ¹⁸O）记录与夏季太阳辐射关系表现为夏季太阳辐射增强时，季风增强（石笋δ¹⁸O偏负）。例如，亚洲季风区的中国，南美巴西的多根石笋δ¹⁸O记录均呈现这样的特征。而同样位于北半球热带-亚热带地区的多根中美洲石笋δ¹⁸O记录则与夏季太阳辐射呈现相反的关系。来自哥伦比亚、危地马拉、哥斯达黎加和古巴的石笋δ¹⁸O记录表明夏季太阳辐射增强时，大西洋暖池周边的石笋δ¹⁸O都对应偏正。

为了更好地理解这一观测现象，本研究利用现代观测数据、现代再分析数据、古气候模拟数据结合古气候重建记录系统阐述了其背后所蕴藏的海气耦合机制。基于现代数据，发现夏季北大西洋副热带高压西部边界的东西摆动与北大西洋海温异常三极子有良好对应关系，显著影响大西洋暖池降水以及降水氧同位素。副高西部边界偏西时，热带北大西洋异常偏冷，大西洋暖池降水偏少，降水氧同位素偏正（图2A）。模拟结果显示太阳辐射极大值（岁差极小值）时，副高异常增加并显著偏西，大西洋暖池降水减少，反之亦然(图2F)。

图2. 关键证据。A 现代观测（1979-2020）夏季北大西洋副热带高压西部边界偏西，大西洋暖池降水减少。B 古巴石笋δ¹⁸O记录与夏季太阳辐射对比。C 古巴石笋δ¹⁸O记录与北美Buckeye Creek洞记录对比。D AMOC代用指标Pa/Th比值。E 热带北大西洋海表温度。F 基于模式EC-Earth2-2轨道尺度理想实验pmin-pmax降水差值图和北大西洋副高分布图。下方是本研究石笋CUST-1。

基于模拟结果，本文发现北大西洋副热带高压的重要性。从机理上看，高太阳辐射时，海陆温差（北美大陆与北大西洋）增大，驱动北大西洋副高增强。此外，通过对比海陆古气候记录，我们发现夏季太阳辐射增强时，常对应热带北大西洋海温偏低，这会进一步放大海陆温差，从而使副高强度更大，除了剧烈影响古巴降水外，还会抑制中美洲季风核心区降水，如哥伦比亚、危地马拉、哥斯达黎加。

另一个有趣的发现是，古巴石笋δ¹⁸O记录在60ka前后出现的轨道尺度振幅差异。通过对比太阳辐射振幅、热带大西洋海表温度振幅，发现130-60ka时期，高太阳辐射振幅，和高海温变幅引起古巴更剧烈的降水振幅； 而60-12ka时期，低太阳辐射和低海温变化使大西洋暖池降水变化更平和。

研究还发现，当强烈的陆地加热与较冷的大西洋海水温度同时出现时，会进一步加强高压系统的西伸，导致加勒比地区出现持续严重的干旱。过去12.9万年中最严重的两次“超级干旱”发生在约12.6万和10.5万年前，正好对应着夏季日照最强和大西洋海水温度极冷的时期。这种干旱机制与现今影响加勒比地区季节尺度的“盛夏干旱期”相似，只是在过去表现得更为强烈，且可持续数百年。

该研究得到了中国国家自然科学基金委基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”等项目支持、美国国家自然科学基金等项目资助、西安交通大学全球环境变化科学学科建设专项项目和全球环境变化研究院院级大型仪器设备共享平台的支持。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea5042