全新世纬向温度梯度对欧洲夏季变化的持续影响及其未来启示

《Nature Communications》：Consistent response of European summers to the latitudinal temperature gradient over the Holocene

本刊推荐：为厘清当前欧洲夏季延长与极端天气增加的驱动机制，研究人员利用季节性纹层沉积物重建了全新世以来欧洲夏季天数演变。研究发现中全新世夏季平均长达195天，其变率与模拟的纬向温度梯度(LTG)变化高度一致，证实了动力过程对中全新世季节性天气的影响。研究表明LTG每减弱1°C可延长夏季约6天，预计至2100年SSP5-8.5情景下将增加42个夏季日，为理解未来季节性变化提供关键观测约束。

　　

随着全球变暖加剧，欧洲近年来持续遭遇漫长而酷热的夏季，极端热浪事件频发。这一现象背后隐藏着怎样的气候机制？是北极放大效应（Arctic Amplification）导致的纬向温度梯度（Latitudinal Temperature Gradient, LTG）减弱，还是欧洲气溶胶排放减少的局部影响？由于仪器观测记录时间较短，这些因果关系的统计可靠性一直备受争议。为了突破这一瓶颈，科学家将目光投向了过去一万年的气候档案——湖泊纹层沉积物。

在《Nature Communications》最新发表的研究中，Celia Martin-Puertas领衔的国际团队通过分析芬兰Nautaj?rvi湖和英国Diss Mere湖的纹层沉积，首次重建了全新世以来欧洲夏季天数的演变规律。研究发现，中全新世（约8000-4000年前）夏季平均长达195天，远超早、晚全新世的164-202天范围，其分布曲线呈现典型的钟形集中趋势。这一发现为理解当前气候变化的长期规律提供了珍贵的历史参照系。

研究团队创新性地将纹层沉积的季节-年厚度比与Cassou和Cattiaux（2016）定义的欧洲气候季节天数进行校准，发现夏季纹层占比与再分析数据存在显著相关性（r=0.76）。这种基于大气环流特征（而非单纯温度）的季节定义方法，更能反映斯堪的纳维亚阻塞高压（Scandinavian Blocking, SB）等动力过程对季节长度的影响。当极地急流减弱发生弯曲时，阻塞高压会将暖空气输送到中北欧，导致夏季极端天气持续发生。

关键技术创新体现在三个方面：首先，选取具有明确夏冬双季沉积旋回的连续纹层记录，通过监测验证了纹层结构与现代季节过程的对应关系；其次，利用1900-1940年期间纹层厚度比与再分析数据的线性回归模型（r=0.76-0.78），建立了将古气候代用指标转化为夏季天数的定量关系；最后，整合TraCE-21ka古气候模拟与多源观测数据，在十年分辨率上验证了LTG与季节长度的动力学联系。

全新世欧洲夏季天数演变

通过计算夏冬纹层厚度占年纹层的比例，研究发现两个湖泊记录呈现高度一致的演化规律（r=0.79）。中全新世夏季贡献率显著增加，与同一沉积物中花粉指标重建的生长度日（Growing Degree-Days, GDD）变化吻合，共同指示该时期夏季更长且热力条件更强。重建显示全新世夏季天数变异范围达38天，中全新世年份集中在192-199天区间，而早、晚全新世分布更分散且极端值出现频率更低。

LTG对欧洲夏季的长期验证

对比TraCE-21ka模拟的北大西洋区域LTG发现，其与重建夏季天数存在显著相关（r=0.6）。LTG在早全新世较强，约8000年前突然降低2.2°C并维持弱势直至3000年前，这种U型变化与欧洲代理指标重建一致。通过单因子强迫实验归因，发现冰盖变化和融水通量主导了前5000年的LTG变异，而轨道强迫在后5000年作用凸显。LTG解释夏季天数变率的能力（36%）远高于夏季平均温度（20%），证实了动力过程的主导地位。

全新世背景下的未来夏季预估

仪器观测期LTG变异仍处于全新世范围内，但1980年代以来持续减弱的趋势与夏季延长现象同步出现。CMIP6模型预估显示，SSP5-8.5情景下2100年LTG将达-11.6°C，远超全新世最低值（-2.3°C）。基于全新世建立的线性关系推算，未来夏季可能延长13（SSP1-2.6）至42天（SSP5-8.5），较Cassou和Cattiaux（2016）基于仪器数据的预估多22天。

这项研究首次建立了万年来LTG与欧洲夏季长度的定量联系，揭示出中全新世弱势LTG背景下夏季延长的自然类比情景。通过古气候模拟与代用指标的结合，证实了动力过程在调节中纬度季节变化中的核心作用，为理解当前观测趋势提供了千年尺度的背景参考。研究指出现有气候模型可能低估全球变暖引发的动力变化，强调在未来预估中需充分考虑LTG减弱对季节重组的影响。这些发现不仅深化了对自然变率与人为强迫相互作用的理解，更为生态系统适应和气候政策制定提供了关键的观测约束。