上新世太平洋气候不对称变率：ENSO抑制背景下PDO的稳定性研究

本研究通过PlioMIP2多模型集成分析，揭示了中上新世暖期（MP）太平洋气候变率的关键特征：尽管厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）变率显著减弱30%，但太平洋年代际振荡（PDO）的空间格局和振幅保持稳定。研究阐明了PDO变率主要受北太平洋大气内部随机变率驱动，而非ENSO的直接调控，为理解不同气候强迫下太平洋变率机制提供了古气候新视角。

　　

论文解读

气候变率的未解之谜

太平洋作为全球气候系统的"脉搏"，其两大主导变率模式——厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）——通过复杂的海气相互作用影响着全球极端天气事件。ENSO作为年际尺度（2-7年）的热带太平洋变率主导者，与PDO这一北太平洋主导的年代际振荡（15-35年）存在密切关联。然而，在当前CO₂
浓度持续攀升的背景下，二者对气候强迫的响应机制仍存在巨大认知空白。更棘手的是，未来气候预测模型中ENSO变率增强或减弱的结论相互矛盾，而PDO的响应同样充满不确定性。这种认知困境使得地质历史时期的温暖气候类比研究显得尤为重要。

上新世暖期的启示

中上新世暖期（MP，约300万年前）因其与现代相似的大陆配置和CO₂
浓度（400 ppm），成为理想的古气候类比研究对象。英国利兹大学领衔的国际团队利用PlioMIP2（上新世模型比对计划第二阶段）的7个气候模型集成，首次系统分析了MP时期ENSO与PDO的协同演变特征。研究选取了200-500年的长时序模拟数据，远超常规分析的50-100年纪录，为捕捉低频气候变率提供了坚实数据基础。

关键技术方法

研究采用EOF（经验正交函数）分解提取太平洋海表温度（SST）变率主导模态，通过多锥谱分析识别关键周期特征。ENSO变率采用Ni?o3.4区SST异常定义的海洋尼诺指数（ONI），PDO则通过北太平洋（20°N-70°N）SST异常EOF1的主成分表征。模型验证采用NOAA ERSSTv5重建观测数据（1870-2018），并通过E⁴⁰⁰
敏感性实验（仅CO₂
增至400 ppm）区分不同强迫的贡献。

颠覆性发现

3.1 空间格局的重构
EOF分析揭示MP时期ENSO空间模态呈现"西移-极向扩展"特征：在热带太平洋区域，5/7模型显示ENSO变率中心向赤道两侧扩展1-3个纬度，4/7模型出现向西偏移现象。而北太平洋PDO的"马蹄形"空间格局在MP与PI（工业革命前）间保持惊人一致，多模型平均（MMM）显示其解释方差仅降低2%。

3.2 频率域的革命性转变
谱分析发现4/7模型出现气候变率"频段迁移"现象：主导周期从PI的3-4年跃迁至MP的15-35年。HadCM3模型尤为典型，其ENSO能量峰值从PI的4年移至MP的12年，而PDO主导周期从20年延长至30年。这种从年际到年代际的"变率转型"，暗示MP太平洋气候可能由PDO主导。

3.3 振幅的"剪刀差"
ONI振幅在MP普遍衰减（MMM -30%），其中CCSM4-Utr降幅达68%。而PDO振幅呈现"双峰分布"：CESM1.2、HadCM3等3模型增幅23%，其余4模型衰减17%，MMM变化近乎为零。这种ENSO-PDO振幅的"非对称响应"，挑战了"ENSO驱动PDO"的传统认知框架。

3.4 脱钩的关联性
尽管ENSO变率减弱30%，ENSO-PDO相关系数仅降低18%（MMM PI 0.30→MP 0.24）。时滞分析显示ENSO仍领先PDO 4-8个月，但HadCM3中相关系数逆势增长39%。这表明约70%的PDO变率可能源自ENSO之外的驱动机制，如北太平洋大气内部变率。

机制与启示

通过E⁴⁰⁰
敏感性实验，研究排除了CO₂
升高是PDO稳定的主因。MP特有的边界条件——封闭的白令海峡、减小的冰盖及开放的中央美洲海道，可能通过改变北太平洋风应力场和海洋罗斯贝波传播，维持了PDO变率。这一发现得到Oldeman等（2024）研究的佐证：MP时期阿留申低压（AL）变率主要受大气内部随机过程驱动，与ENSO弱化无关。

该研究首次在古气候背景下证实：PDO变率具有显著的"内禀性"，不完全依赖ENSO强迫。这对理解未来气候情景下太平洋变率演化具有警示意义——即使ENSO响应存在不确定性，PDO可能仍保持其气候影响力。论文发表于《Global and Planetary Change》，为IPCC评估报告提供了关键的古气候约束，也为解密太平洋"双模态"变率的物理机制开辟了新思路。