近期，我系胡永云教授研究组利用深时气候模拟结果，揭示了温室气体与古地理（海陆分布）在地质历史尺度上对太平洋年代际变率（Pacific Decadal Variability，PDV）振幅的相对贡献，并指出海洋层结是二者共同调控PDV振幅的关键途径。这一成果为理解气候系统年代际变率的长期演化、预估未来变化情景提供了新的视角。相关论文“Local atmospheric forcing dominates the panthalassa/pacific mid-latitude decadal variability”和“Decoupling greenhouse gas and paleogeographic effects on Pacific decadal climate variability”分别于 2025年9月24日和2026年6月8日在国际期刊Global and Planetary Change发表。
PDV 是气候系统中最重要的低频变率模态之一，它不仅影响着环太平洋地区的海洋生态系统，而且还显著调节全球气候变化速率。由于观测时间尺度的限制，现在关于PDV的响应及其机制讨论主要是其在变暖情形下的变化。然而，PDV究竟主要由大气还是海洋驱动、起源于热带还是中纬度，学界长期存在争议。利用地质历史时期显著的海陆分布格局变化，可以为PDV的机制分析提供一个新的视角，并且填补地质时间尺度上年代际变率研究的空白。
在前期工作中，课题组用 CESM 模拟了密西西比纪（330 Ma）、三叠纪（230 Ma）与工业前（0 Ma）三个海陆格局差异显著的时期（图1），并借助线性反演模型（Linear Inverse Model，LIM）分离了局地与遥相关的作用。结果发现，在不同的海陆分布格局下，泛大洋/太平洋的PDV都呈现出稳定的“三极型”空间结构（南、北太平洋为负异常，赤道为正异常），且陆地占比更高的半球其变率更强。更关键的是，局地大气强迫主导了中纬度年代际变率的生成；在使用LIM去除赤道和赤道外遥相关后，PDV变率振幅几乎不变。这表明局地大气强迫是 PDV 能否产生的决定性因素。
图 1：密西西比纪、三叠纪与工业前时期的海陆分布。(a) 三个试验中北半球（15°N–60°N）、热带（15°S–15°N）与南半球（60°S–15°S）的陆地占比；(b–i) 密西西比纪、三叠纪、工业前及观测（OBS）中经 10–100 年带通滤波的年代际海表温度异常标准差及其纬向平均。单位：℃。图片引自 Wu et al., 2025。
在明确了PDV的产生机制后，另一个问题随之而来：在深时气候演变过程中，PDV 振幅的强弱究竟由什么控制？课题组前期的系列工作表明，温室气体与古地理这两个同时剧烈变化的因子对于气候系统有着巨大的影响。而这两个因素又如何影响了PDV的演变？为了回答这一问题，研究组使用了从 170 Ma 至今、每隔 10 Ma 的 18 个时间切片的系统模拟：在 Control 试验中，二氧化碳、太阳常数与海陆分布同步演变；在 Fixed_CO2 试验中，二氧化碳被固定为 10 倍工业革命前水平（2800 ppmv）、太阳常数固定为现今值，仅让海陆分布变化，从而单独刻画古地理的作用，而两组试验之差即代表温室气体的贡献。
结果表明，过去 170 Ma 间 PDV 振幅呈现出先减弱后增强的演变趋势，这与全球温度变化以及大陆裂解和汇聚高度吻合。基于此，本研究将整个时期划分为两个阶段：泛大陆裂解阶段（Post-Pangaea Dispersal，170–90 Ma）与阿美西亚汇聚阶段（Pre-Amasia Convergence，80–0 Ma）。在泛大陆裂解阶段，温室气体与古地理对 PDV 振幅的影响大致相当（分别约为−0.06与−0.07℃/100 Ma）；而进入阿美西亚汇聚阶段后，二氧化碳浓度的大幅下降导致大幅度降温，使 PDV 振幅增强（约 +0.07 ℃/100 Ma），古地理依旧通过太平洋洋盆的持续缩减削弱PDV振幅（约 −0.02 ℃/100 Ma），二者叠加表现为振幅略有回升（图 2）。
图 2：170 Ma 至今边界条件与 PDV 振幅的演变。(a) 二氧化碳浓度（以 280 ppmv 为单位的倍数）；(b) 全球平均海表温度（GMST，单位：℃）；(c) PDV 振幅，定义为北太平洋年代际海表温度标准差（单位：℃）。蓝色与橙色点分别代表 Control 与 Fixed_CO2 试验。图片引自 Wu et al., 2026。
一个重要发现是，在固定二氧化碳浓度的试验中，PDV振幅持续减弱，这说明古地理格局变化能够对PDV振幅产生重要影响。进一步的机制分析表明，海洋层结是温室气体与古地理共同影响 PDV 振幅的关键因素。海洋层结加强会抑制表面浮力强迫，削弱激发斜压罗斯贝波的位涡异常，从而减小PDV振幅。值得指出的是，古地理格局通过两条路径调控PDV振幅：洋盆宽度（正相关）和全球平均温度（负相关）。理想地形试验进一步验证了上述结果。
这项研究厘清了在地质时间尺度上温室气体与古地理格局对 PDV 振幅的相对贡献，建立了“温度变化驱动长期趋势、海陆格局持续调制”的演化框架。在未来，依据超大陆重组的预测，约 2–2.5 亿年后大陆将汇聚成超大陆阿美西亚，其间太平洋持续收缩、大西洋不断扩张。太平洋的进一步收缩可能导致PDV减弱乃至消失，而扩张的大西洋有望取而代之，成为全球年代际变率的新主导海域。这意味着全球年代际变率的主导海域，可能在超大陆形成的过程中发生根本性转变。
论文第一作者为我系吴晟特聘副研究员，通讯作者为胡永云教授和刘永岗教授，合作者包括中国科学院青藏高原研究所张健副研究员，中国海洋大学赵莹莹副教授等。该项研究得到国家自然科学基金基础科学中心项目（42488201）与国家重点研发计划（2023YFF0805102, 2023YFF0805200）的资助，数值模拟与计算在北京大学高性能计算平台完成。
论文信息
Wu, S., Zhang, J., Hu, Y., & Liu, Y. (2026). Decoupling greenhouse gas and paleogeographic effects on Pacific decadal climate variability. Global and Planetary Change, 264, 105558. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105558
Wu, S., Zhao, Y., Hu, Y., Liu, Y., et al. (2025). Local atmospheric forcing dominates the panthalassa/pacific mid-latitude decadal variability. Global and Planetary Change, 255, 105095. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105095
