《Science Bulletin》：Eastern Pacific El Ni?o activated by the emergence of the Atlantic Ocean
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摘要现代厄尔尼诺现象表现出多样性，具体表现为东太平洋（EP）和中太平洋（CP）厄尔尼诺。这种多样性在地质历史上是否存在尚不清楚。在这项研究中，我们使用了一个完全耦合的大气和海洋气候模型，对过去2.5亿年的气候进行了新的模拟，以探讨厄尔尼诺类型的演变。结果表明，在过去的2.5亿年中
摘要
现代厄尔尼诺现象表现出多样性，具体表现为东太平洋（EP）和中太平洋（CP）厄尔尼诺。这种多样性在地质历史上是否存在尚不清楚。在这项研究中，我们使用了一个完全耦合的大气和海洋气候模型，对过去2.5亿年的气候进行了新的模拟，以探讨厄尔尼诺类型的演变。结果表明，在过去的2.5亿年中，厄尔尼诺现象一直存在，并且在8000万年前之前，中太平洋厄尔尼诺更为显著。大约在8000万年前，随着大西洋的形成，东太平洋厄尔尼诺成为了主要类型。在中美洲海峡闭合后（000万年），东太平洋和中太平洋厄尔尼诺事件的发生频率趋于一致。我们的发现表明，厄尔尼诺类型受古地理条件的控制，而这种控制作用在地质时间尺度上具有重要性。
引言
厄尔尼诺是厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的温暖阶段，其特征是赤道太平洋中部和东部的海表温度异常升高。它通过大气遥相关作用对全球和地区气候产生显著影响[1]、[2]、[3]、[4]。根据海表温度异常模式，厄尔尼诺事件可分为三种类型：东太平洋（EP）、中太平洋（CP）和强盛行型（ST）厄尔尼诺[5]、[6]。这些厄尔尼诺类型不仅因其空间和时间分布及其独特的全球影响而受到关注，同时也因其背后的物理机制而受到研究。最近几十年的观测显示，厄尔尼诺类型的特征发生了显著变化，中太平洋厄尔尼诺事件的发生频率增加，而东太平洋厄尔尼诺事件虽然频率降低，但强度有所增强[7]、[8]。
一个自然的问题是，这种厄尔尼诺事件的多样性在地质历史上是否也存在。据我们所知，最早的间接地质证据表明厄尔尼诺活动可追溯到白垩纪晚期[9]、[10]。还有一些间接证据表明白垩纪之后厄尔尼诺现象依然活跃[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。更近期的直接证据表明，厄尔尼诺现象一直持续到全新世[18]、[19]、[20]。特别是，珊瑚记录和重建的降水数据显示，过去一千年中ENSO活动十分明显[21]、[22]。然而，这些古代理指标无法提供关于厄尔尼诺多样性的信息。我们最近的模拟研究表明，厄尔尼诺现象在过去的2.5亿年中一直存在[23]。虽然没有直接的地质记录可供对比，但模拟结果暗示，只要存在被大陆环绕的广阔热带海洋盆地，厄尔尼诺现象就可能持续存在。这些模拟为研究地质历史上的厄尔尼诺多样性提供了机会。
在过去的2.5亿年中，古地理和气候都经历了巨大的变化。2.5亿年前，超级大陆盘古从南极延伸到北极，形成了单一的泛大洋盆地。大约1.8亿年前，盘古开始分裂[24]，并在8000万年前达到最大分裂程度。此后，大陆重新组合，逐渐形成了现代的大陆和海洋盆地格局。伴随这种构造运动，全球平均表面温度也从盘古时代的约25°C下降到了目前的约15°C。
一个问题是，古地理和温度变化如何影响厄尔尼诺的多样性。我们利用过去2.5亿年的气候模拟来研究这个问题。我们的模拟结果对于理解全球季风[25]、热带辐合带[26]以及经向翻转环流[27]等气候系统组分的演化及其机制非常有价值。此外，这些结果还对ENSO多样性的演变提供了见解，有助于我们更深入地理解ENSO的动态变化。
章节摘要
模拟与数据
本研究使用了三组模拟结果。第一组来自显生宙深层气候模拟（PhDs），其中包含了不同的古地理条件、二氧化碳浓度和太阳常数。为了单独研究古地理变化的影响，我们还分析了一组二氧化碳浓度固定在工业化前水平10倍（2800 ppmv）的模拟结果，这大致代表了过去2.5亿年的平均二氧化碳水平[29]
厄尔尼诺类型的演变
图S1（在线）显示了过去2.5亿年的古地理地图。主要的变化包括1.8亿年前盘古超级大陆的分裂、2亿年前太平洋盆地的缩小、约1.2亿年前中美洲海峡的开放以及约8000万年前大西洋的形成。随着大西洋的扩张，太平洋面积变小。这些变化导致了ENSO区域中心的移动，该区域由海表温度异常的最大值定义
讨论与结论
古气候模拟表明，大约7000万年前，厄尔尼诺事件从中太平洋类型向东太平洋类型转变。这种转变与大西洋的形成相吻合。具体来说，这种转变发生在热带大西洋盆地变得足够宽的时候。随着大西洋的形成，大西洋的沃克环流开始建立，而太平洋的沃克环流则显著减弱。
致谢
本项目得到了中国国家自然科学基金（项目编号：42488201、42405051、42305058和42225606）的支持。计算工作在北京大学的高性能计算平台上完成。
作者贡献
胡永云和刘永刚提出了研究想法并设计了研究方案。吴胜和邓启民进行了数据分析并撰写了初稿。卢正耀和张健参与了数据处理和图表完善。袁帅、李翔、郭家奇、魏强、刘鹏
吴胜|邓启民|胡永云|刘永刚|卢正耀|张健|袁帅|李翔|郭家奇|魏强|刘鹏|韩静|刘正宇
