太平洋覆盖了地球表面积的 32%，超过了所有陆地的总和。毫不奇怪，它的活动影响着全球各地的状况。
海洋水温和风的周期性变化，称为厄尔尼诺-南方涛动，是一种主要的气象力量。科学家们知道人类活动正在影响这个系统，但仍在确定其影响程度。《自然》杂志的一项新研究揭示了大气成分——称为“太平洋沃克环流”——在工业时代以意想不到的方式改变了它的行为。国际作者团队还发现，火山喷发会导致沃克环流暂时减弱，诱发厄尔尼诺现象。研究结果为了解厄尔尼诺和拉尼娜事件未来可能如何变化提供了重要见解。
“问题是，‘背景循环如何变化?’” 共同作者、加州大学圣巴巴拉分校布伦环境科学与管理学院副教授萨曼莎·史蒂文森说。“我们关心沃克环流，因为它影响世界各地的天气。”
地球自转导致温暖的地表水聚集在海洋盆地的西侧。在太平洋，这导致亚洲气候更加潮湿，低空信风越过大海向西吹。高空东风创造了一种大气环流——沃克环流——驱动着热带太平洋及更远地区的天气模式。
“热带太平洋对全球气候有着巨大的影响，”研究合著者、夏威夷大学马诺阿海洋与地球科学与技术学院地球科学助理教授斯隆·科茨说。“了解它如何应对火山喷发、人为气溶胶和温室气体排放，对于自信地预测气候变化至关重要。”
这些影响留下了生物和地质特征。该团队利用来自冰芯、树木、湖泊、珊瑚和洞穴的数据来调查过去 800 年来太平洋的长期天气模式。
“它们不是温度计，但它们包含有关气候的信息，”史蒂文森说。
某些条件有利于将一种称为同位素的较重或较轻的元素吸收到碳酸盐骨架、沉积物和树木年轮等结构中。研究人员使用复杂的统计数据来分析不同类型的氧气和氢气的比率。这使他们能够追踪沃克环流过去的变化，并比较温室气体增加前后的趋势。
“我们着手确定温室气体是否影响了太平洋沃克环流，”主要作者、澳大利亚国立大学和 ARC 极端气候卓越中心研究员乔治·法尔斯特 (Georgy Falster) 说。“我们发现整体实力尚未改变，但每年的表现却有所不同。” 法尔斯特在圣路易斯华盛顿大学担任博士后研究员时开始了这项研究。
他们观察到，沃克环流在类厄尔尼诺现象和类拉尼娜现象之间切换的时间长度在工业时代略有放缓。法尔斯特说：“这意味着未来我们可能会看到更多的多年拉尼娜或厄尔尼诺事件，因为太平洋上方的大气流在这两个阶段之间切换得更慢。” 这可能会加剧干旱、火灾、降雨和洪水的相关风险。
也就是说，作者还没有注意到发行强度有任何重大变化。“这是一个令人惊讶的结果，”史蒂文森说，“因为到 21 世纪末，大多数气候模型都表明沃克环流将会减弱。”
他们还发现火山喷发影响了循环。“火山爆发后，我们看到太平洋沃克环流持续减弱，”合著者、圣路易斯华盛顿大学助理教授布朗文·科内基说。这会导致火山喷发后出现类似厄尔尼诺现象的情况。
“我们的研究为热带地区大气-海洋系统的基本组成部分提供了长期背景，”科茨说，他的专业知识涵盖了过去 2000 年的气候变化。“了解太平洋沃克环流如何受到气候变化的影响将使太平洋地区及其他地区的社区能够更好地为未来几十年可能面临的挑战做好准备。”
了解气候变化对沃克环流的影响对于做出可靠的预测也很重要。“如果我们不知道现实世界中发生了什么，那么我们就不知道我们用来预测未来变化、影响和风险的模型是否为我们提供了正确的画面，”史蒂文森解释道。
研究人员目前正在研究可能导致他们在沃克环流中目睹的变化的原因。史蒂文森的一名博士生正在研究一个系统模型，其中包括氢和氧同位素的比率。开发一个预测这些测量结果的模型将为研究人员提供测试不同假设的工具。
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