气候模型夸大了温室气体对近期海洋两半球温度格局和热带气候的影响

为何南北平衡很重要

我们往往把全球变暖看作一个单一数字，例如行星的平均温度。但变暖发生的地点与变暖程度一样重要。本研究考察了海洋上北半球与南半球之间的温度差，并提出一个简单问题：自20世纪50年代以来，我们最好的气候模型是否再现了实际发生的情况？答案是否定的——而这种不匹配对我们预测热带降雨和未来气候变化的方式有重要影响。

真实世界呈现不同的故事

这项工作中的关键量是半球间热力对比，定义为北半球海洋的平均海表温减去南半球海洋的平均海表温。自1950年以来的观测显示，这一对比略有下降：南半球海洋的增温超过北半球。与此同时，热带风场和降雨格局发生了与南向偏好的海洋增温一致的变化。然而，当作者检视50多种先进气候模型中超过500次模拟时，发现了相反的行为。在这些模型中，北半球海洋变暖比南半球更快，产生了一个几乎在真实世界数据记录中看不到的持续增长的对比。

温室气体与微小颗粒

为弄清模型与观测为何不一致，研究人员将不同的人为和自然影响的作用分开。他们分析了特殊的气候模型实验，在这些实验中仅允许温室气体变化、仅允许人为气溶胶颗粒变化，或仅允许火山等自然因子与太阳变化等因素变化。通过统计技术，他们表明在真实世界中，最近海洋的南北温度演变主要由气溶胶和自然强迫驱动。气溶胶主要在北半球排放，会使这些海域上方的空气变冷，帮助抑制北部海域超过南部的增温。大型火山喷发进一步强化了冷却阶段。相比之下，在模型中，半球差异的长期趋势主要由温室气体主导，气溶胶的补偿作用较弱。

风、蒸发与暖海如何相互作用

这一差异背后的核心物理机制涉及表面风、蒸发与海表温之间的联系。当海上风力增强时，蒸发增加，会带走热量并倾向于冷却海表；风弱则相反，使海水更容易变暖。这种风—蒸发—海表温反馈会放大半球间最初的加热不平衡。在仅含温室气体的模拟中，模型产生的表面风变化系统性地有利于北半球海洋比南半球获得更多的增温。观测显示情况更复杂，气溶胶驱动的变化和自然变率产生了与模型中北强增温不相符的风与温度格局。

不匹配对模型敏感性的含义

研究小组还探讨了该问题与气候模型总体敏感性—即在给定温室气体增加下变暖程度—之间的关系。具有较高平衡气候敏感性的模型往往表现为对北半球海洋更强且不正确的增温。与此同时，这些模型在再现缓慢的、多年代尺度的半球温差摆动方面做得要好得多，而这些摆动似乎主要由气溶胶和自然强迫塑造。利用这种部分成功，作者用观测到的变率来约束气溶胶通过影响云对行星的冷却效应，从而比近期国际评估减少了不确定性范围。

对热带未来降雨的影响

南北增温的平衡有助于引导热带雨带的位置——该带是滋养季风并影响飓风生成的强降雨区。由于许多模型夸大了北半球海洋的增温，它们也倾向于预测比观测表明更强的雨带北移。当研究者比较高敏感性与低敏感性模型的未来情景时，发现低敏感性模型——那些与观测的半球格局更一致的模型——预测的热带降雨北移更为温和。通俗地说，这项工作意味着一些关于热带降雨带将移动多少以及某些地区将变得多湿或多干的最极端模型预测，若依赖夸大北海洋温室气体驱动增温的模型，可能被高估。

引用: He, C., Clement, A.C., Cane, M.A. et al. Climate models exaggerate greenhouse gas impact on recent interhemispheric temperature patterns and tropical climate. Nat Commun 17, 3265 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69783-5

关键词: 半球间温差, 气溶胶与气候, 热带降雨位移, 气候模型偏差, 海面增温