中科院地质与地球物理所谭宁等-GRL：热带海道关闭对太平洋海洋环流及温度梯度的影响

　　海道的变化，可以直接影响海洋环流、能量和水汽输送，影响区域及全球气候，因此海道开合一直是古气候研究领域的热点问题。从晚中新世到上新世，地球气候系统发生了重要变化，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，逐渐向现代格局靠近。目前已有众多模拟研究探讨了热带海道关闭对全球气候及区域气候的影响，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；印尼海道的收缩可改变太平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太平洋环流的影响。 

　　由于通过巴拿马海道和印尼海道输送的水体均来自太平洋，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--上新世太平洋环流和海气相互作用的重要变化。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，联合中国地质大学（武汉）张仲石教授、挪威气候中心郭春成研究员及法国气候与环境科学实验室Gilles Ramstein教授，基于地球系统模型（NorESM-L）系统地探讨了巴拿马海道和印尼海道的逐步关闭对北太平洋环流、纬向/经向海表温度梯度的影响。 

　　他们的研究结果表明当热带海道处于较浅的状态时（100米），可导致北太平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/收缩时（当今状态），北太平洋经圈翻转环流则无法形成。该结果进一步验证了北太平洋深层水的形成主要与亚北极的淡水通量导致的盐度变化相关（图1）。浅打开的热带海道模拟结果显示，北太平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一致。 

　　图1 （a-h）不同试验下的北太平洋经圈翻转环流状态; (i) 亚北极太平洋淡水通量与盐度的关系；（j）纬向平均的北太平洋海表温度。（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，但海道宽度减少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，热带海道的变化同时可影响赤道太平洋的上升流强度，可在一定程度上促进由地质记录指示的赤道东太平洋生物勃发现象。此外，模型模拟的热带海道从深至浅到最终关闭（500米→100米→关闭）所导致的热带太平洋东西温度梯度的变化型态与地质记录也较为吻合（图2），这从侧面印证了热带海道对晚中新世-上新世气候演化的可能贡献。 

　　图2 不同热带海道深度模拟获得的热带太平洋东西海表温度梯度及其与重建记录和观测的对比

　　综上，该模拟研究强调了热带海道变化对太平洋环流的重要影响，细化了热带海道的不同深度对环流的差异贡献，为上新世北太平洋深层水形成提供了可能的机理解释。这项工作进一步强调了热带海道变化对中新世—上新世气候转型的重要性。当然，不可否认的是，单一模型的结果或多或少地存在模式偏差，海道的地理重建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建信息才能更加全面地厘清热带海道对气候的影响。 

　　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）。研究得到国家自然科学基金（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。