海道的变革，可以直接影响海洋环流、能量和水汽输送，影响地区及全球天气，因此海道开合不停是古天气研究范畴的热门标题。从晚中新世到上新世，地球天气体系发生了重要变革，全球温度进一步降低、北半球冰盖逐步扩张。在此期间，热带海道（巴拿马海道和印度尼西亚海道）进一步变窄、变浅，徐徐向现代格局靠近。目前已有众多模拟研究探讨了热带海道关闭对全球天气及地区天气的影响，已有研究表明巴拿马海道的关闭可加强北大西洋经向翻转环流，有助于北半球冰盖的形成；印尼海道的紧缩可改变平静洋和印度洋之间的水体交换，并进一步导致印度洋的次表层水变冷、澳大利亚和东非的干旱化。但以上研究多针对两个海道的单独效应进行探讨，甚少研究探讨二者结合的效应及其对平静洋环流的影响。
由于通过巴拿马海道和印尼海道输送的水体均来自平静洋，巴拿马海道和印尼海道的共存及逐步关闭可能导致中新世--上新世平静洋环流和海气相互作用的重要变革。中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室谭宁副研究员、郭正堂院士、张子健博士研究生、贺志霖博士后，团结中国地质大学（武汉）张仲石教授、挪威天气中心郭春成研究员及法国天气与环境科学实验室Gilles Ramstein教授，基于地球体系模型（NorESM-L）体系地探讨了巴拿马海道和印尼海道的逐步关闭对北平静洋环流、纬向/经向海表温度梯度的影响。
他们的研究效果表明当热带海道处于较浅的状态时（100米），可导致北平静洋经圈翻转环流的形成；其主要贡献来自于浅打开的印尼海道（100米）。当热带海道处于较深的状态（500米）或者关闭/紧缩时（当今状态），北平静洋经圈翻转环流则无法形成。该效果进一步验证了北平静洋深层水的形成主要与亚北极的淡水通量导致的盐度变革相关（图1）。浅打开的热带海道模拟效果显示，北平静洋深层水形成及减弱的经向温度梯度场景与地质记录较为同等。
图1 （a-h）差别试验下的北平静洋经圈翻转环流状态; (i) 亚北极平静洋淡水通量与盐度的关系；（j）纬向平均的北平静洋海表温度。（Plio_ctrl：上新世控制试验；IndoCAS100: 热带海道同时打开海深100米；IndoCAS500：热带海道同时打开海深500米；IndoCAS100_half: 热带海道同时打开海深100米，但海道宽度淘汰50%；Indo100(500): 仅印尼海道打开100（500）米；CAS100(500): 仅巴拿马海道打开100（500）米）
该研究进一步指出，热带海道的变革同时可影响赤道平静洋的上升流强度，可在肯定水平上促进由地质记录指示的赤道东平静洋生物勃发现象。别的，模型模拟的热带海道从深至浅到终极关闭（500米→100米→关闭）所导致的热带平静洋东西温度梯度的变革型态与地质记录也较为符合（图2），这从侧面印证了热带海道对晚中新世-上新世天气演化的可能贡献。
图2 差别热带海道深度模拟得到的热带平静洋东西海表温度梯度及其与重修记录和观测的对比
综上，该模拟研究夸大了热带海道变革对平静洋环流的重要影响，细化了热带海道的差别深度对环流的差别贡献，为上新世北平静洋深层水形成提供了可能的机理表明。这项工作进一步夸大了热带海道变革对中新世—上新世天气转型的重要性。当然，不能否认的是，单一模型的效果或多或少地存在模式偏差，海道的地理重修也存在较大的不确定性，未来需要多模型研究及更精确的海道重修信息才气更加全面地厘清热带海道对天气的影响。
研究成果发表于国际学术期刊Geophysical Research Letters（谭宁*，张仲石，郭正堂，郭春成，张子健，贺志霖，Gilles Ramstein.2022.Recognizing the role of tropical seaways in modulating the Pacific circulation[J]. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL099674. DOI: 10.1029/2022GL099674）。研究得到国家天然科学基金（41888101, 42125502）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB26000000）等多个项目共同资助。
美编：傅士旭
校对：万鹏 |
