大西洋骤冷事件下北美“暖洞”与欧洲热浪的关联机制研究

本刊推荐：为解释当前欧洲快速升温而北美东部出现“暖洞”的气候悖论，研究人员通过分析环大西洋地区8.0-0.8 ka的孢粉重建生长度日数（GDD5）和海表温度（SST）记录，发现5.8-4.8 ka和2.2 ka后北大西洋深层水（NADW）流量减少期间，北美降温与欧洲升温的同步模式。该研究揭示了北大西洋经向翻转环流（AMOC）重组对洲际气候分异的关键作用，为预测现代区域气候极端事件提供古气候参照。

　　

当欧洲在近几十年经历快速升温时，北美东部却出现了一个神秘的“暖洞”（warming hole），该区域的气候变化明显滞后于全球变暖趋势。更令人费解的是，这种空间分异模式竟与北大西洋的冷却现象同步发生——按照传统认知，海洋冷却本应导致欧洲降温而非北美。这种违背直觉的气候分布格局，在全新世（Holocene）千年尺度的气候异常中或许能找到答案。

《Nature Communications》最新研究通过整合环大西洋地区的气候代用指标，揭示了距今5800-4800年（5.8-4.8 ka）和2200年前（2.2 ka）后两个关键时期，北大西洋急剧冷却背景下欧洲反常升温的现象。研究人员构建了2°×2°经纬网格的孢粉推断生长度日数（GDD₅，base 5°C）重建数据集，并更新了北大西洋41个海表温度（SST）重建记录，通过对这些独立但高度关联的指标进行相关性分析，发现当冰岛西南部的北大西洋深层水（North Atlantic Deep Water, NADW）流量减少时，中纬度北美东部（Eastern North America, ENA）夏季降温与欧洲升温同时发生，并伴随显著的水文气候变化。这一发现不仅证实了全新世千年尺度气候变率的重要性，也为理解当前北大西洋周边地区气候紊乱风险提供了古气候类比。

研究方法与技术路径

研究团队采用多代理指标融合分析方法：首先利用NCAR/NCEP再分析数据生成21世纪气候异常图（图1），展示2001-2020年与1951-2000年的海表温度（SST）、夏季气温（T_JJA）和年降水量（P_ann）差异。其次，从NOAA古气候数据库提取584个孢粉记录的GDD₅重建数据，通过100次迭代随机选择75%网格细胞计算区域平均值，构建欧洲和北美温度序列。同时整合Temp12ka数据集和新增的SST重建记录，对77个北大西洋SST记录进行主成分分析（PCA）。最后采用相关分析法（Pearson product-moment correlation）比较NADW流量（基于冰岛南部MD2251岩芯的分选粉砂粒径数据）、大陆温度和水文气候变化的关联性，并通过1000个具有相同频谱特征的代理时间序列验证统计显著性。

欧洲与北美千年尺度温度变化的相反信号

研究发现西北欧（46°-60°N, 10°E-28°W）与中纬度北美东部（39°-43°N, 98°-71°W）的夏季温度变化存在显著的千年尺度反相位振荡（图2A）。在5.8-4.8 ka（蓝条标注）和2.2 ka后（灰条标注），欧洲GDD₅上升而北美东部GDD₅下降，这种热力差异加大了两大陆的夏季温度梯度。特别值得注意的是，2.2 ka后的罗马暖期（Roman Warm Period, RWP）和中世纪气候异常期（Medieval Climate Anomaly, MCA），北大西洋和北美冷却的同时欧洲却持续升温，表明这是大规模气候重组而非全球同步变暖。

北大西洋SST与大陆温度的关联机制

中西部北大西洋（65°N以南，15°W以西）平均SST在5.8 ka和2.2 ka出现快速下降（图2B），其变化速率与欧洲GDD₅变化呈显著负相关（r=-0.39, p=0.0006）。线性回归显示，中西部北大西洋平均SST每冷却1°C，西北欧温暖度相当于每年增加101±28°C·天的GDD₅。空间分布图显示（图2D,E），类似现代模式的北大西洋冷却区域（如佛罗里达附近）与变暖区域（如拉布拉多海）并存，这种海温分布格局与大陆温度异常紧密关联。

AMOC重组的气候背景

四组独立重建记录共同表明（图3），冰岛西南部NADW流量减少事件（图3A）与北大西洋SST下降（图3B）、北美东部夏季最暖月平均温度（MTWM）降低（图3C）以及有效湿度增加（图3D）显著相关。其他矿物学指标和冰岛附近的分选粉砂记录进一步证实（图5A,B），冰岛-苏格兰溢流（Iceland-Scotland Overflow, I-S）——AMOC的组成部分——在5.8 ka和2.2 ka减速，特别是在水深<1.6 km区域。虽然²³¹Pa/²³⁰Th记录显示全新世深水停留时间变化可忽略，但碳同位素数据表明5.8-4.8 ka期间NADW在百慕大和爱尔兰附近的渗透受限。

水文气候变化的协同响应

温度变化与有效湿度变化呈现空间耦合特征（图3,4）。北美东部有效湿度增加（湖面上升、尘暴减少）可能通过减少感热加热促进冷却，而欧洲和加利福尼亚则出现干旱化趋势。内华达山脉湖泊淹没树木记录证实5.8-4.5 ka和2.2 ka后加州发生严重干旱（图3D柱状图）。欧洲湖面记录合成分析显示夏季温暖度与有效湿度呈强负相关（r=-0.77），5.8-4.6 ka期间低有效湿度范围最广，而2.2-1.4 ka再度出现暖干化。

中全新世转型的多区域响应

研究定义了“中全新世转型”（mid-Holocene transition）事件（图5），表现为5.8 ka前后格陵兰东北部加拿大北极地区降温（图5C,D）、大平原尘暴通量减少（图5E）以及非洲撒哈拉边缘干旱化（图5G）。这些变化与北大西洋冷却引发的副热带东风急流南移、西萨赫勒降水减少机制相符，同时加纳降水增加（图5H）表明热带降水带南移。这种气候重组延迟了非洲湿润期（African Humid Period）的结束时间，体现了地球系统阈值响应的复杂性。

结论与讨论

该研究证实了全新世千年尺度气候变率的存在，并揭示AMOC重组如何通过改变海气相互作用导致洲际气候分异。与现代气候模式类似，北大西洋冷却可能通过增加欧洲风速和热通量引发极端热浪，同时通过调节大陆降水分布影响土壤湿度和潜热交换，最终形成“北美冷却-欧洲升温”的悖论模式。公元2.2 ka后的人类土地利用可能进一步放大这种效应。研究指出三种潜在驱动机制：火山-太阳活动的高频外部强迫；涉及副极地涡旋（subpolar gyre）或北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的内部变率；以及西非季风减弱等地球系统阈值响应。

这项研究的意义在于，它证实了温暖间冰期背景下北大西洋冷却反而可能加剧欧洲极端热浪的风险，颠覆了“海洋冷却必然导致大陆降温”的传统认知。古气候记录警示，当前AMOC重组可能持续放大区域极端事件，从欧洲热浪到加州干旱，其影响程度可能远超历史经验预期。对“不稳定”全新世气候变化的诊断，将为预测未来全球大部分地区的区域气候结局提供关键参考。