近日，中国科学院海洋研究所古海洋与古环境研究组在国际地学期刊Global and Planetary Change（《全球和行星变化》）发表了题为“Enhanced and southward North Pacific subtropical gyre circulation following the intensification of Northern Hemisphere Glaciation”的研究论文。该研究系统重建了中纬度西北太平洋黑潮主流区在晚上新世北极冰盖发展过程中的表层水文环境演化历史，揭示了北太平洋副热带环流对北半球冰川作用加强的响应过程。
北太平洋副热带环流（NPSG）按顺时针方向由北赤道流（NEC）、黑潮（KC）、北太平洋流（NPC）和加利福尼亚流（CC）组成，该环流的一部分在东北太平洋分裂为向北流动的阿拉斯加流（AC）。NPSG通过输送低纬西太平洋的热量到中高纬地区实现热量和水分的再分配，在北太平洋乃至全球的气候调节中发挥着至关重要的作用。现代物理观测和模拟研究表明，随着温室气体增加和全球气候变暖，NPSG在过去半个世纪中发生了明显的增强和向极移动。然而，由于观测时间相对较短，目前难以准确评估超过年代际时间尺度的环流系统的整体变化，NPSG在地质历史中关键气候转变期的长时间尺度变化研究正好弥补了这一不足。上新世晚期（约3.6至2.58百万年）是新生代以来全球气候由相对温暖的早上新世向明显变冷的早更新世过渡的关键时期，其间北半球冰川作用（NHG）自约3.6百万年前开启，并在约2.7百万年前进一步加强（iNHG），北极冰盖也在此时最终形成。因此，对这一时期NPSG的研究可以为预测未来全球变暖情景下NPSG的变化提供重要参考。
研究团队利用深海钻探计划（DSDP）第31航次在西北菲律宾海九州－帕劳海脊上获取的296孔岩心沉积物，基于生物地层事件和底栖有孔虫氧同位素建立的年龄框架，结合浮游有孔虫壳体的氧同位素组成（δ1?O）和Mg/Ca比值重建了距今3.8至1.8百万年间中纬度西北太平洋黑潮主流区的表层海水温度（SST）与表层海水盐度（SSS）的演化序列，并结合黑潮延伸流、加利福尼亚流和阿拉斯加流区域现有的古记录，系统地研究了NPSG在约2.7百万年iNHG前后的变化。
研究发现，2.7百万年后，随着晚上新世北半球冰川作用的加强，296站位的 SST 和 SSS 表现出与全球变冷气候截然相反的明显升高，表明黑潮的进一步加强，导致更多的暖咸水涌入中纬度西北太平洋。同时，加利福尼亚流和阿拉斯加流区域的表层海温在2.7百万年后也同步升高，暗示了加利福尼亚流和阿拉斯加流与黑潮相似，在iNHG之后都明显增强。北太平洋这三个边界流的一致加强揭示了NPSG在iNHG后经历了整体增强。然而，黑潮延伸体和加利福尼亚流北部边缘区域的表层水温却表现为显著的持续变冷趋势，这指示着NPSG不仅强度增强，其北缘也发生了明显的南移，进而使这两个区域在此时受高纬地区寒冷淡水的控制。通过对晚上新世赤道太平洋的气候模式和北太平洋多个区域的海洋-大气环流变化的分析，研究进一步指出，在iNHG后，赤道太平洋由iNHG前的类厄尔尼诺态转变为类拉尼娜态，类拉尼娜态下沃克环流增强，结合同时加强的中纬度纬向大气环流和西风带，共同驱动了NPSG的增强。在经向上，随着约2.7百万年北半球冰川作用的加强，北太平洋大气环流也经历了由哈德莱环流主导转向哈德莱环流减弱-费雷尔环流增强的格局调整，进而驱动了NPSG北缘的向南移动。
本研究阐明了海洋环流在大气环流调控下响应气候转型的机制过程，为理解现代气候变化背景下NPSG可能的响应趋势提供了地质证据支持。结果预示在未来气候不断变暖的情况下，北太平洋副热带环流可能会减弱并持续向高纬移动。
中国科学院海洋研究所博士研究生唐璐瑶为论文第一作者，中国科学院海洋研究所常凤鸣研究员、自然资源部第一海洋研究所李铁刚研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项的联合资助。
论文信息：
Luyao Tang, Fengming Chang*, Jia Wang, Fang Qian, Junru Zhang, Tiegang Li*, 2025. Enhanced and southward North Pacific subtropical gyre circulation following the intensification of Northern Hemisphere Glaciation. Global and Planetary Change, 253, 104953. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104953.
