近日，中国科学院海洋研究所海洋沉积研究组和深海动力学研究组联合国内外多家科研团队，在Nature Communications发表最新研究成果。该研究发现，暖池深对流可以持续激发行星尺度的大气罗斯贝波列，而这些夏季反复出现的大气波动，在轨道尺度（万年）背景调制下不断累积，最终在亚洲—太平洋地区“刻画”出持续数万年的带状降水异常格局。该研究通过古水文记录与模拟结果对比，从波动理论的视角揭示了暖池深对流调控中高纬度水文变化的动力学机制。

如果把地球气候系统比作一场大戏，印度洋—西太平洋暖池便是最核心的主舞台。这片常年海温逾28℃的海域，如同一座永不停歇的天然锅炉，释放巨量热量和水汽，驱动深对流，成为热带海气相互作用的关键枢纽，并深刻影响亚洲季风与全球环流。基于此，中国学者提出“低纬驱动”学说，视暖池为气候演化的“引擎”，与强调高纬冰盖和北大西洋深层环流主导的传统观点形成鲜明对照。越来越多证据表明，低纬热带过程并非被动跟随高纬冰量变化，而是拥有独立主导周期，并能通过放大效应或遥相关主动影响区域乃至全球气候。

然而，一个关键谜题始终悬而未决：低纬暖池通过什么途径影响跨越数千公里外的亚洲中高纬度气候变化？更让人困惑的是水文循环的表现——气候记录显示，亚洲—太平洋不同地区的降水分布既不是“同涨同落”，也不是彼此独立，而是呈现出“干湿干”或者“湿干湿”异常格局（Zhang et al., 2018 Science; Nitta, 1987 J. Meteor. Soc. Jpn.）。这种跨纬度的降水异常，背后隐藏着怎样的气候动力机制？究竟是局地随机响应，还是存在统一的大尺度组织机制？

针对这一问题，研究团队以低纬暖池水文循环为突破口，依托暖池核心区域的海洋沉积岩芯（MD98-2162岩芯），利用火山岛弧的矿物风化指标，重建了过去15万年的印太暖池降水演化历史。出人意料的是，该记录与研究团队前期在附近的另外一根岩芯MD01-2385的结果出现反相位变化的趋势（图1和2；Yu et al., 2024 npj CAS）。为了检验降水空间异常分布的可能影响，研究团队进一步汇编了亚洲－太平洋地区来自海洋沉积物、石笋和黄土等18个已发表的古降水记录，并提取了过去80万年的瞬变气候模拟结果与之对比。研究发现亚洲－太平洋地区存在由6个交替分布的降水异常带（三对正负异常）组成的“六极子”带状结构，该结构从低纬度到中高纬度呈纬向排列，且与岁差周期（约23000年）高度相关（图1和2）。

图1 80万年以来，CESM1.2 模式中岁差极小值相对极大值对应的亚太地区夏季（6~8月）平均降水异常场

图2 过去约15万年以来不同带状区降水演变

（研究团队综合了海洋沉积物、石笋、孢粉和黄土等多种古气候记录，发现亚洲—太平洋地区存在明显的带状干湿变化结构，并与岁差尺度太阳辐射变化密切相关。红色曲线表示岁差周期滤波曲线，图中纵轴向上均表示降水增强。）

为揭示驱动该现象背后的机制，研究团队把目标转向了罗斯贝波。罗斯贝波是地球自转形成的大尺度波动，能将大气和海洋中的局地扰动以波动形式向远方传播，从而形成跨区域、跨纬度的大尺度气候联系。东亚夏季经典的PJ（Pacific–Japan）遥相关型，便是热带西太平洋深对流激发罗斯贝波列影响东亚降水的典型例子。

研究团队借助罗斯贝波活动通量、波源、波空间投影以及水汽收支等诊断分析，发现岁差尺度太阳辐射变化能够调制暖池深对流活动。当暖池深对流异常增强时，就像向平静湖面投入一块巨石，其释放的潜热会激发行星尺度大气罗斯贝波列（图3）。这些波列沿东亚夏季风形成的大气波导向北传播，调节中高纬地区大尺度环流、水汽输送和垂直运动，进而形成交替分布的降水异常带。由此，印太暖池深对流、罗斯贝波传播和亚洲—太平洋地区“六极”降水结构可统一到同一个动力学框架之中。进一步分析表明，轨道尺度上的亚洲降水异常，是由每年夏季反复出现的罗斯贝波活动，在轨道尺度背景调制下不断“接力”累积形成的。一次波活动通常只持续几天到几周，但经过成千上万年的重复作用，其气候效应会逐渐累积，最终会在沉积物、石笋等古气候载体中留下清晰的降水异常痕迹。基于这些证据，研究团队建立了“暖池深对流—罗斯贝波传播—亚太降水异常”的统一动力学框架，将低纬热带过程与亚洲—太平洋轨道尺度降水演化联系起来。

图3. 亚洲—太平洋地区降水带状异常形成机制示意图

（岁差-太阳辐射变化调制了热带暖池（IPWP）对流活动，进而激发大气罗斯贝波列。罗斯贝波沿东亚夏季风和西风急流形成的大气波导向北传播，调制了亚洲—太平洋地区降水，形成带状分布的干湿异常结构。）

在全球变暖背景下，东亚极端暴雨、区域干湿分化和水文风险愈发突出。PJ型遥相关至今仍是影响东亚夏季降水的重要环流模态之一，本研究发现，现代PJ遥相关可以看作轨道尺度罗斯贝波调控机制在现代气候背景下的局地表现。近年来长江流域持续性暴雨、日本极端降雨等事件，都显示出暖池对流异常与罗斯贝波列传播对东亚降水的重要调制作用。

值得注意的是，降水只是罗斯贝波活动留下的众多气候印记之一。本研究以降水为切入点，揭示了轨道尺度罗斯贝波活动对亚洲—太平洋气候系统的组织作用，也为进一步探索其对温度、风场和海气相互作用的影响提供了新思路。

本文第一作者为中国科学院海洋研究所于兆杰，通讯作者为宋丽娜和万世明，合作作者包括翦知湣（同济大学）、Mahyar Mohtadi（德国不来梅大学）、Yair Rosenthal（美国罗格斯大学）、Kyung-Sook Yun（韩国釜山国立大学）、Christophe Colin和唐小洁（法国巴黎萨克雷大学）、张磊（中国科学院南海海洋研究所）、李元龙和宋泽华（中国科学院海洋研究所）、谢明媚（中国海洋大学）、胡鹏（云南大学）、Franck Bassinot（法国气候与环境科学实验室）。本研究受到国家自然科学基金等项目的支持。

论文信息：

Zhaojie Yu, Lina Song*, Zhimin Jian, Mahyar Mohtadi, Yair Rosenthal, Kyung-Sook Yun, Xiaojie Tang, Lei Zhang, Yuanlong Li, Mingmei Xie, Peng Hu, Zehua Song, Franck Bassinot, Christophe Colin, Shiming Wan*. Rossby wave-modulated orbital precipitation anomalies in the Asia-Pacific region. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74368-3

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-74368-3