过渡性信风控制的赤道太平洋对 CO₂ 强迫的三阶段响应

这为何关系到我们的未来气候

热带太平洋是地球气候的重要驱动器，塑造了从季风到飓风的天气格局。科学家们知道向大气中增加二氧化碳（CO₂）最终会以类似厄尔尼诺的方式使东热带太平洋变暖，但在最初几十年里会发生什么却令人困惑。近几十年的观测显示东太平洋部分海域出人意料地变冷，更像拉尼娜的格局。本研究使用大量气候模型模拟来理清赤道太平洋在 CO₂ 突增时的真实响应，以及这对我们在未来数十年内经历的气候意味着什么。

海洋变化的三个阶段

作者发现赤道太平洋并不会平滑地适应更高的 CO₂。相反，它经历三个截然不同的阶段。在最初几年，即“初始”阶段，中太平洋的增温或降温模式在不同的模拟之间差异巨大。有些模拟在赤道附近早期表现为降温，另一些则表现为增温。这种分散主要由内部气候随机性驱动，就像自然发生的厄尔尼诺和拉尼娜事件，即便没有人为影响也会出现和消失。正因为这种噪声，研究团队得出结论：仅看一次模拟或一个模式不足以判断该模式的早期响应是否可信。

持续数十年的拉尼娜式时期

当这种噪声的影响被平均掉后，系统进入一个主导首个到数十年响应的“快速”阶段。在此阶段，暖湿的西太平洋与相对较冷的东太平洋之间的温差增大，沿赤道自东向西的信风增强。相对于周围的热带海域，中西赤道太平洋表现出相对冷却，使整个盆地呈现出拉尼娜式特征，即便全球总体在变暖。当作者在更接近现实的逐年 1% CO₂ 增加情景下重复分析时，这种拉尼娜式格局大约持续 60 年左右，然后才转变为不同的状态。

最终向厄尔尼诺式增温的转变

在更长时间尺度上，大约在 CO₂ 突增后 50 年左右，系统进入“晚期”响应。在这一阶段，东赤道太平洋最终比西部变暖得更多，信风减弱，熟悉的厄尔尼诺式格局出现。这一转变并非因为来自东部深层上涌的基本冷却影响消失；在模型中，与上涌相关的冷却至少在一个世纪内仍然令人惊讶地持续存在。相反，是其他过程逐步占据上风。随着海洋缓慢吸收并重新分配热量、以及环流模式的调整，赤道向外输送热量的强度减弱，使东太平洋海表能够赶上并最终超过西部的增温。

风与陆地增温如何引导海洋

为了解控这些阶段的关键，作者追踪了上层海洋的能量流动。他们确认经典的“海洋恒温器”机制——海洋分层增强有助于上涌保持东太平洋低温——确实会冷却该区域，但这是一个持续存在的影响，而不仅仅出现在早期。真正将系统从拉尼娜式翻转为厄尔尼诺式的是风如何在南北方向移动热量。在快速阶段，更强的信风将表层水带离赤道，把暖水拉向更高纬度，强化了赤道冷却。后来，随着这些风减弱，向外的热量输送减少，赤道太平洋变暖。促使早期风增强的一个关键触发因素是陆地，特别是北半球陆地，在 CO₂ 突增时比海洋升温更快。陆海对比的变化驱动热带降雨带位置与某些高压系统的强度变化，反过来又加强了太平洋上的信风。随着海洋逐渐变暖且陆海增温速率差异缩小，这种风格回复，使晚期的增温格局得以显现。

这对未来数十年意味着什么

用通俗的话说，这项研究表明在 CO₂ 水平上升后，气候系统可能在拉尼娜倾向的状态中维持几十年——信风更强、东太平洋比预期更冷——然后才逐步转向厄尔尼诺式的世界。由于当前 CO₂ 已比前工业时代大约提高了一倍的一半，作者推断我们仍在主要的快速、拉尼娜式阶段。这或许能解释为何近几十年的观测显示太平洋信风系统增强，即便长期预估表明未来可能会减弱。最终向厄尔尼诺式格局的转变时机仍不确定，将取决于内部气候变率、污染变化及其他因素，但结论明确：近中期和长期的热带太平洋变化由不同机制主导，理解由风与陆地驱动的快速响应对于预判未来数十年区域气候影响至关重要。

引用: Moreno-Chamarro, E., Günther, M., Putrasahan, D. et al. Three-stage response of the equatorial Pacific to CO₂ forcing controlled by shifting trade winds. npj Clim Atmos Sci 9, 79 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01391-y

关键词: 赤道太平洋, 信风, CO2 强迫, 厄尔尼诺与拉尼娜, 热带气候变化