在模拟过去300万年瞬变耦合大气—海洋通用气候模型中，岁差对ENSO强度和空间结构的调制

遥远轨道摆动为何对今天仍有影响

厄尔尼诺和拉尼娜，即厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的振荡，能让一些地区遭遇洪涝，另一些地区干旱，并冲击全球经济。本文提出一个看似简单却含义深远的问题：在过去300万年里，地球绕太阳的缓慢、可预测的轨道变化如何塑造了ENSO？这对其在变暖世界中的未来有何启示？通过在冰期与暖期间连续运行的强大气候模型，作者表明地球最接近太阳时刻的细微变化，能够显著调制ENSO的强度以及太平洋上最暖水体的位置。

地球缓慢摆动如何影响躁动的海洋

地球轨道并非完美圆形，数万年尺度上最接近太阳的时点会在季节中游移，这种变化称为岁差。作者使用耦合大气—海洋模型模拟过去300万年的气候，同时让这些轨道参数、温室气体和冰盖共同演化。分析聚焦于热带太平洋ENSO逐年温度摆动在强度和经向位置上的变化。他们发现，在各类轨道周期中，岁差尤为显著：约19–23千年的季节时序摆动主导了ENSO强度及其在太平洋中枢位置的长期变化。

当冬季太阳“加速”厄尔尼诺式行为

模拟显示ENSO对不同岁差配置的敏感性并不相同。当地球在北半球冬季最接近太阳时，模型给出ENSO变率的最大增强，暖涌和冷涌事件更强、范围覆盖中东热带太平洋的大部分。这一配置有利于一种近似厄尔尼诺的背景态：东太平洋表层水相对较暖，太平洋上的主要热带雨带更湿并向赤道方向移动。在这种背景下，即便是温度异常较小也更容易触发强对流、改变风场并对海洋产生反馈，从而显著放大ENSO振幅。相反，当近日点落在北半球夏季时，背景更像拉尼娜，雨带减弱，ENSO对轨道强迫的响应也较弱。

雨带如何将厄尔尼诺推向东或向西

岁差还影响ENSO最强温度异常出现的经度。当近日点与北半球春分接近一致时，模型显示ENSO活动从中太平洋向东太平洋有适度东移。这一东移与两个关键热带雨带之间的不平衡有关：南太平洋辐合带倾向于增强并变湿，而其北侧对应雨带减弱。南北降水对比重新组织了风场和表层流，使暖水更有效地向东输送，将ENSO的中心推向美洲一侧。在相反的春分配置中，这些雨带变化几乎相互抵消，ENSO位置的转移就小得多。始终如此，作者强调海表增温的空间格局和雨带位置比全球平均温度本身更为重要。

长期趋势：向近代关联性增强

尽管ENSO在整个300万年模拟期间一直活跃，但其对轨道强迫的敏感性随时间变化。模型表明岁差对ENSO的影响在第四纪期间增强，尤其是在过去150万年里更为明显。这种影响力的增强可追溯到随着温室气体减少和北半球大型冰盖增长，南太平洋雨带逐渐增强的缓慢过程，使得热带南太平洋相对北方略为变暖并增湿。实际上，背景气候逐步变得更容易让岁差在ENSO上留下印记，因此ENSO强弱的起伏更紧密地追随控制岁差强度的轨道偏心率的涨落。

对理解未来气候的意义

对非专业读者来说，关键结论是ENSO并非现代气候中的随机现象；数百万年来它一直受到轨道缓慢可预测变化的塑造，这些变化改变了热带太平洋何时何地最暖与最易生风暴。研究表明，当太平洋的背景态更接近厄尔尼诺式模式时，ENSO会变得更强且影响更显著；热带雨带的精确布位可以微妙地改变厄尔尼诺的发生地。鉴于人类驱动的温室变暖也预计将有利于厄尔尼诺式的海表格局和雨带调整，这些长期洞见有助于科学家评估当前模型是否捕捉了正确的物理过程，并判断ENSO相关风险在未来数百年内可能如何演变。

引用: Liu, C., An, SI., Yun, KS. et al. Precessional modulation of ENSO strength and spatial structure in a transient CGCM simulation of the past 3 million years. npj Clim Atmos Sci 9, 87 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01355-2

关键词: 厄尔尼诺—南方涛动, 轨道岁差, 热带太平洋气候, 古气候建模, 南太平洋辐合带