导语

为什么今天全球深层海洋翻转环流主要发生在大西洋，而在地质历史时期，太平洋也可能形成强大的深层环流？复旦大学大气与海洋科学系杨海军研究团队通过一系列全球气候模式地形敏感性试验发现，远在南半球的安第斯山脉可以通过大气-海洋相互作用影响北太平洋深水形成，而青藏高原等其他大型地形的存在又可以改变这一过程。该研究为认识大陆地形演化如何参与全球海洋环流的长期重组提供了新的动力学视角。相关成果近日发表于美国气象学会期刊 Journal of Climate，并入选最新一期AMS Science Preview，由美国气象学会向科学与环境领域媒体重点推介。

为什么大西洋有深水形成，而北太平洋没有？

全球海洋并不是彼此独立的巨大水体。海水通过表层和深层环流在不同海盆之间交换，将热量、淡水、碳以及其他物质输送到世界各地。其中，由海水温度和盐度差异参与驱动的深层翻转环流，是全球气候系统中时间尺度最长、影响范围最广的环流系统之一。

现代海洋存在一个显著的不对称现象：北大西洋高纬地区可以形成北大西洋深水，并维持强大的大西洋经向翻转环流（AMOC）；而面积更大的北太平洋，今天却没有类似规模的深水形成，也不存在与 AMOC 相当的太平洋经向翻转环流（PMOC）。

然而，古海洋记录表明，这种格局并非始终如此。在新近纪的一些时期，北太平洋可能曾存在更加活跃的深层通风甚至深水形成。

于是，一个基本问题出现了：

究竟是什么决定了全球深层翻转环流主要建立在大西洋，而不是太平洋？

给地球“搬动山脉”

真实地球上，不同大陆、山脉、海陆分布以及温室气体等因素同时发生变化，很难从观测资料中单独分离某一座山脉的作用。

研究团队因此把全球气候模式作为一个“数值实验室”。

利用 Community Earth System Model 1.0（CESM1.0），研究人员设计了一系列理想化地形敏感性试验：移除主要大陆山脉，或者只恢复安第斯山脉、青藏高原等特定地形，并将模式积分数千年。

这种设计相当于在数值地球上进行一系列无法在现实世界完成的实验：

如果只有安第斯山脉，全球海洋环流会怎样？如果再加入青藏高原，又会发生什么？

一座南半球的山脉，可以影响遥远的北太平洋

研究发现，当其他主要大地形被移除而只保留安第斯山脉时，一个显著的 PMOC 可以逐渐建立。

令人关注的是，这一变化的核心区域并不在安第斯山脉附近，而是在相距遥远的北太平洋。

安第斯山脉首先改变大尺度大气环流以及整个太平洋的海气状态，随后引起海洋环流的缓慢调整。北太平洋副热带环流和黑潮延伸体增强，将更多暖水输送到副极地北太平洋。当地海表温度升高以后，蒸发增强，海水逐渐变咸。盐度增加产生的增密效应超过温度升高产生的减密效应，使表层海水密度增加，混合层加深，并最终有利于北太平洋深水形成。

随着深水形成逐渐加强，一个强大的太平洋经向翻转环流最终建立起来。

值得注意的是，这并不是一个快速完成的过程。模式中的 PMOC 需要大约数百年才能充分建立，反映出全球深层热盐环流本身具有非常缓慢的调整时间尺度。

那么，为什么今天没有强大的 PMOC？

这又带来了一个看似矛盾的问题：

既然今天安第斯山脉依然存在，为什么现代北太平洋却没有形成强大的 PMOC？

进一步的地形敏感性试验给出了重要线索。

当青藏高原加入模式以后，原来已经建立起来的 PMOC 迅速减弱并最终消失。青藏高原的存在显著改变全球大气环流和水汽输送格局，使更多淡水进入北太平洋。北太平洋表层盐度随之降低，海水难以达到形成深水所需要的高密度状态，从而抑制了北太平洋深水形成。

研究还计算了南纬30°附近大西洋和印太海盆的深层经向质量输送。结果显示，在只有安第斯山脉的情况下，强大的深层向南输送主要出现在印太海盆，与强 PMOC 相对应；加入青藏高原后，这一深层输送在印太海盆显著减弱，而大西洋中的深层输送增强。

这意味着，大地形的影响不仅仅是让某一区域“变暖”或“变冷”，还可能参与决定全球深层翻转环流主要在哪一个海盆建立。

大陆山脉也可能是全球海洋环流的“调节器”

过去关于大型山脉气候效应的研究，往往更加关注其对附近降水、季风、大气环流以及区域温度的影响。这项研究则表明，大陆地形的作用可能延伸到远离山脉的海洋，并通过全球大气水汽输送和海洋环流，将不同海盆连接起来。

安第斯山脉单独存在时，可以创造有利于北太平洋深水形成的环境；但当地球上其他主要大地形同时存在时，不同山脉的远程气候效应相互竞争，其中青藏高原对北太平洋淡水收支的影响可以压倒安第斯山脉的作用，使现代全球翻转环流最终呈现以大西洋为主导的格局。

因此，全球深层海洋环流的演化可能不能简单归因于某一个局地因素，而需要从大陆构造演化—大气环流—全球水循环—海洋热盐环流这一相互联系的系统来理解。

从理想化实验走向真实地质历史

研究团队同时指出，这些数值试验的主要目的并不是直接重建某一个具体的新近纪气候状态。

真实的安第斯山脉经历了漫长而复杂的隆升历史，同时期还发生了大气 CO₂ 浓度、巴拿马和印度尼西亚海道、冰盖以及其他边界条件的变化。因此，模式中采用的理想化地形变化不能简单等同于真实地质历史。

它的价值更类似于一个物理实验：通过人为控制变量，把复杂气候系统中的某一个因素单独提取出来，从而回答一个现实世界很难直接回答的问题——如果改变一座大型山脉，全球海洋环流会怎样响应？

未来，结合更加真实的地形演化历史、更高分辨率的气候模式以及北太平洋深层通风、海表温盐变化和海盆间水团交换等古海洋记录，有望进一步检验这一机制在真实地质历史中的作用。

这项研究由复旦大学大气与海洋科学系杨海军研究团队完成。论文 “Can Andean Uplift Enhance the Pacific Meridional Overturning Circulation?”已在 Journal of Climate Early Online Release 发表，并被美国气象学会选入 AMS Science Preview。论文以新闻稿的形式发布在 EurekAlert!平台。

 EurekAlert! 新闻稿：https://www.eurekalert.org/news-releases/1144324.

以及 AMS Headlines新闻网站上：https://headlines.ametsoc.org/2026/09/16/ams-science-preview-high-res-global-forecasting-tornado-emergencies/

作者：佟明鋆1，杨海军1*，安丰利1，Peili Wu（武培立）2

*通讯作者：杨海军

单位：

1. 复旦大学大气与海洋科学系，极地海冰气系统与天气气候教育部重点实验室，复旦大学；2. Met Office Hadley Centre, Exeter, United Kingdom

项目资助：

第一资助：国家自然科学基金卓越研究群体项目（原基础科学中心项目）“海-陆-气系统与北半球中高纬极端天气气候”42288101

第二资助：国家自然科学基金重点项目“大西洋热盐环流多百年际变率机理及模拟研究”42230403和上海市海洋-大气相互作用前沿科学研究基地