PNAS｜新一代气候模型首次为长期存在的太平洋难题带来曙光

PNAS｜新一代气候模型首次为长期存在的太平洋难题带来曙光

Schematic view of processes leading to improved sea surface temperature trends in the ICON model. Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2522161123

研究人员长期以来一直困惑于这样一个现象：在全球变暖的背景下，东热带太平洋和南大洋却出现了降温。现有的气候模型一直未能捕捉这一模态。在马克斯·普朗克气象研究所，研究人员向答案迈出了重要一步：利用新一代更具物理性的气候模型，他们首次在气候模拟中成功再现了观测到的趋势，并阐明了其背后的机制。

十多年来，太平洋中的一个现象一直困扰着全球气候研究人员：虽然全球变暖持续进展，世界几乎所有地方的气温都在上升，但在过去45年里，东热带太平洋以及南大洋的太平洋扇区却出现了降温。

传统的气候模型，如耦合模式比较计划（CMIP）中使用的模型，其结果被纳入政府间气候变化专门委员会（IPCC）的报告中，却未能再现这一特征。尽管气候研究界提出了诸多假说，但直到现在，对于观测到的这一模态仍缺乏可靠的解释。

热带太平洋海表温度（SST）型态不仅影响区域气候，还影响全球变暖的总体程度。因此，未能再现历史趋势引发了人们对全球近期气候预测可靠性的质疑，更不用说对适应工作至关重要的区域变暖模态了。由此，"太平洋难题"被世界气候研究计划确定为气候科学最紧迫的挑战之一。

马克斯·普朗克气象研究所（MPI-M）的研究人员最近取得了一项里程碑式的成果，使解决方案初现端倪。他们使用的气候模型在海洋中达到了前所未有的5公里分辨率，在大气中达到10公里分辨率，使其能够更具物理性地表征基本过程，并首次成功再现了太平洋观测到的海表温度型态。

由MPI-M所长Sarah Kang领导的团队还为观测到的降温提供了有充分依据的物理解释。这项分析是该研究所跨所有部门共同努力的一部分。Kang表示："这是建模人员、大气研究人员和海洋学家之间一次出色而高效的合作项目，成果非常突出。"他们的论文发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。

涡旋对于再现南大洋降温至关重要

中尺度海洋涡旋大小为几十公里，在南大洋普遍存在，在向极热量输送中发挥关键作用，但粗分辨率的CMIP模型无法表征这些涡旋。相比之下，得益于海洋5公里的网格间距，MPI-M研究中使用的ICON模型能够显式表征这些涡旋。在海洋表面之下，这些涡旋穿过南极绕极流（ACC）——将太平洋与南大洋分隔开的洋流——向极地输送热量。

模拟显示，当南大洋暴露于变暖的大气中时，涡旋穿过ACC向极地的热量输送减弱。同时，大气提供的过剩热量被ACC迅速输送到其他海盆。最终，这种动力相互作用使南大洋太平洋扇区2000米水深以上的水体降温，并导致ACC向北移动，从而扩大了极地海水覆盖的海洋面积。

降温通过南大洋与副热带太平洋之间的海洋和大气路径联系传递至副热带太平洋。这加强了南美洲沿岸已存在的高压异常。结果，从该地吹向赤道的东南信风增强；它们通过蒸发冷却海面，并形成低层层积云，反射入射太阳辐射，进一步促成降温。

足够强的云反馈

这种云反馈仅在少数CMIP模型中足够强。在ICON模型中，它强到足以将东热带太平洋的降温放大到 realistic（现实的）幅度。ICON的更细网格在这方面发挥重要作用，因为它允许单个网格单元具有更大的振幅，相比之下，粗网格中的数值是在更大面积上平均的。

此外，南美安第斯山脉的地形得到更好的表征，使模型能够更好地模拟山脉在阻挡亚马逊上空东风流向冷水区时的效应，并更好地表征沿海风系，所有这些都有望支持模型中低云的形成。

像ICON这样的高分辨率模型有望为解决太平洋难题做出重大贡献，因为中尺度海洋涡旋的表征和云反馈发挥着如此重要的作用。现在，得益于欧盟项目如"欧洲富涡地球系统模型"（EERIE）和"下一代地球模型系统"（nextGEMS），以及WarmWorld项目，这样的高分辨率模拟在技术层面得以实现。

Kang表示："虽然高分辨率建模并非万能之策，但它揭示了一种此前无法触及的机制，这种机制源于CMIP模型无法显式表征的过程。"据作者称，下一步是确定ICON模型的哪些特征驱动了这一改进，以及它们是否能为未来预测提供新的见解。

https://phys.org/news/2026-02-generation-climate-pacific-puzzle.html

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