全海盆变暖超越太平洋年代际振荡：气候变化下北太平洋生态系统响应的新范式

《Nature Climate Change》：Pan-basin warming now overshadows robust Pacific Decadal Oscillation

本刊推荐：针对太平洋年代际振荡（PDO）与北太平洋生态系统关联性减弱的问题，研究人员通过分析海表温度（SST）变异特征，发现尽管PDO空间模式和强度保持稳定，但全海盆变暖模式（PBP）已超越其影响。该研究引入PBP指数作为补充指标，揭示了自然变率与人为变暖叠加导致的非稳态海洋环境，为解释生态系统响应异常提供了新框架，对气候适应性管理具有重要指导意义。

　　

在北太平洋的蔚蓝海域中，一个被称为太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO）的气候模式长期扮演着"海洋节拍器"的角色。自20世纪被发现以来，PDO以其典型的东暖西冷或东冷西暖的海表温度（Sea Surface Temperature, SST）异常分布，影响着从浮游生物到鲸类的整个生态系统。特别是1977年PDO相位转变引发的鲑鱼捕捞量剧变，使这一指数成为海洋资源管理的核心指标。然而近年来，科学家们观察到令人困惑的现象：传统PDO与生态系统的关联正在瓦解。例如在阿拉斯加湾，2014-2019年间鲑鱼捕捞量与PDO指数竟出现反常的负相关，这与过去数十年的正相关模式完全相悖。这种"气候-生态关联断裂"现象促使科学家重新审视北太平洋气候变率的本质。

为解开这一谜团，由Allison A. Cluett领衔的研究团队在《Nature Climate Change》发表最新研究，通过分析1854年以来的延伸重构海表温度（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature, ERSST）数据集，揭示了全球变暖背景下北太平洋气候变率的深刻重组。研究发现，尽管PDO的空间模式和强度保持稳定，但一种全新的全海盆变暖模式（Pan-basin Pattern, PBP）已超越PDO成为主导北太平洋SST变异的主要力量。这种转变标志着自然气候变率与人为变暖的相互作用已进入新阶段，对理解未来海洋极端事件和生态系统演化具有里程碑意义。

研究采用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function, EOF）分解这一气候诊断的核心技术，通过滑动30年时间窗口分析北太平洋（20-65°N, 105-260°E）SST异常的空间模态。关键创新在于对比两种处理方式：一是传统PDO计算方法（去除全球平均海表温度Global Mean SST, GMSST信号后计算EOF），二是基于总SST异常的直接分析。这种方法使团队能清晰分离全球变暖背景场与区域内部变率的影响。此外，研究通过将最近30年（1994-2023）的EOF模态投影到整个历史时期，重构了PBP和PDO的长期时间序列，并利用线性回归建立了各模态与区域SST异常的定量关系。

全海盆变暖的崛起

当分析窗口包含2013年后的数据时，北太平洋SST变率的领先模态发生根本性转变。在基于总SST异常计算的EOF1中，传统的PDO东-西偶极型模态被全海盆一致的增暖模式取代。这种被命名为PBP的模式表现为整个海盆同相位的SST异常，其方差解释率从历史时期的21%激增至51%，显著超过PDO的历史最大值。值得注意的是，这种模态转变对仅使用冬季数据（11月至次年3月）或调整滑动窗口长度（20-100年）均保持稳健，表明PBP的崛起是气候系统的结构性变化。

PDO的稳定性与模态降级

与PBP的强势崛起形成对比，PDO本身并未发生本质改变。在去除GMSST信号后计算的EOF1中，PDO的空间结构和强度保持稳定，其方差解释率维持在20-26%的历史范围内。然而在总SST异常分析中，PDO模态从EOF1降级为EOF2，方差贡献从23%降至13%。这种"模态降级"现象证明PDO作为内部变率主体的地位依然稳固，但其在总气候变率中的相对重要性已被全球变暖背景场掩盖。类似地，北太平洋涡旋振荡（North Pacific Gyre Oscillation, NPGO）/维多利亚模态也从EOF2降级为EOF3，但绝对方差贡献保持稳定。

气候信号叠加的区域响应

通过构建PBP与PDO的二维相位空间，研究揭示了区域SST异常对气候信号叠加的差异化响应。在东部太平洋的加利福尼亚海流和阿拉斯加湾大型海洋生态系统（Large Marine Ecosystems, LMEs）中，2014年前SST异常主要沿PDO轴变化，体现PDO的主导地位。2014-2016年间，强烈的正PDO相位与PBP增暖同相叠加，催生了"斑点（The Blob）"等极端海洋热浪事件。而2021年后当PDO转入负相位时，其冷却效应已无法抵消持续增强的PBP增暖，导致东太平洋首次在负PDO相位下出现持续暖异常。与此相反，在黑潮和亲潮LMEs等PDO载荷较弱的西部海域，SST异常始终更紧密追随PBP变化。

生态系统响应的非稳态重构

研究提出创新概念模型解释PDO-生态关联的演变：假设生物响应（如鲑鱼丰度）服从以最适温度为峰值的正态分布，当PBP增暖使PDO相关的SST异常整体沿温度轴平移时，生物响应曲线上的位置随之改变。在情景A（1989年前），PDO变率位于响应曲线上升支，导致正相关；情景B（1989-2013年）中PBP使SST接近最适温度，相关性减弱；情景C（2014年后）持续增暖使PDO变率移至下降支，产生负相关。这一机制完美解释了阿拉斯加湾鲑鱼捕捞量与PDO相关性的符号反转，同时预示不同物种因最适温度差异将呈现多样化响应模式。

研究结论强调，北太平洋气候变率主导模态从PDO到PBP的转变，标志着自然变率与人为变暖相互作用新纪元的开启。尽管PDO作为内部变率指示器的物理基础依然稳固，但其生态指示意义因全球增暖导致的非稳态环境而需重新评估。未来管理策略需摒弃基于历史关系的简单外推，转向融合动力模型和预测的动态管理框架。更重要的是，北太平洋展现的"背景场超越内部变率"现象很可能正在其他海盆同步上演，这意味着全球海洋气候指数的重新语境化已成为气候适应性管理的紧迫课题。随着自然变率与人为变暖的极端组合事件日益频繁，准确量化内部变率边界将成为预测未来气候极端事件和生态突变的關鍵前提。