人为增温驱动的大气环流变化与角动量增加：对地球自转的影响

为何一天的长度在悄然变化

我们往往认为一天是固定的24小时，由行星稳定的自转决定。但地球的自转实际上在不断地细微变化，这项新研究表明人为驱动的气候变化现在也成为这一变化的一部分。通过重塑全球风场和大气质量的分布，增温正在以极其细微的方式减慢地球的自转，使一天的时长以可测量的幅度延长。

大气与行星如何共享宇宙旋转

地球及其大气表现为一个耦合的旋转体系。固体地球拥有大部分质量，但上方流动的空气也携带着旋转“动力”，即角动量。当大气加速时，为了保持系统总旋转平衡，固体地球必须减速——就像花样滑冰选手伸开双臂以减慢旋转一样。作者关注长期气候变化如何改变这一微妙的交换，以及这对一天精确时长的意义。

高空风更强与气候带的迁移

研究利用三套现代气候模型的大量模拟，按高排放情景模拟到2100年，追踪增温如何重塑全球气流。随着行星增温，被称为哈德利环流的热带环流向两极扩展，副热带高空急流增强。与此同时，热带近地面的信风减弱。这些变化将更多大气运动转移到围绕行星快速旋转的高空西风中。由于这些风与地球自转方向一致，它们增加了大气所占有的角动量。

质量更重的大气带与上升的高压系统

团队还考察了空气的重量——在地表气压中反映的质量——如何在全球范围内移动。增温加强了大型高压系统，尤其是在北纬和南纬约30度的副热带地区。这使更多大气质量位于远离地球自转轴的位置，为大气的角动量带来另一个较小的增量。尽管与风速带来的增益相比，这种质量相关的效应较弱，但二者方向一致：它们促使大气自转加快，而固体地球自转减慢。

空气与地面之间的联结变松

通常，山地和地表摩擦帮助行星与大气交换动量。像喜马拉雅或安第斯这样的大山脉上的气压差会对固体地球施加推动，地表风与地面摩擦相互作用，分享旋转。模拟显示，在持续增温下，这些交换会减弱。跨越山脉的压力力更趋于一种抵抗地球自转的排列，而过去向行星传递自转的热带地表风则减弱。因此，大气保留更多角动量，而不是将其返还给地面。

一天会延长多少

将这些因素综合考虑，作者把大气角动量的变化转换为一天长度的变化。在三套气候模式集合中，他们发现每升高一摄氏度的全球变暖，白昼大约延长十分之一毫秒。到21世纪末，这些大气变化的影响可能为通常归因于月球潮汐作用的地球长期自转减慢增加约10–18%。在日常生活中，这多出的一小部分毫秒几乎察觉不到。但对于精密计时以及研究地球深部结构的科学家而言，这表明人为驱动的气候变化现已延伸到行星自转时序的层面。

引用: Satpathy, S.S., Franzke, C.L.E., Yuan, N. et al. Anthropogenic warming-driven atmospheric circulation shifts and angular momentum increase: influence on the Earth’s rotation. npj Clim Atmos Sci 9, 101 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01382-z

关键词: 地球自转, 大气环流, 气候变化, 一天时长, 角动量