早始新世是距今五千六百万年以前的地质暖期，其全球平均温度较工业革命前时期高9~23℃，具有与未来高排放预估情景相似的温室气候，因而是未来全球变暖背景下气候变化研究的重要参考时段。近年来的气候模拟研究表明，大气温室气体浓度升高能够令热带降水的经向分布向赤道收缩，驱动副热带干旱区向赤道扩张。这一现象在早始新世显著存在，但其背后的物理机制尚不清晰。

近日，中国科学院大气物理研究所博士后任子坤与其所在团队师生合作，在《Geophysical Research Letters》撰文，指出极高温室气体浓度能够通过增强“风-蒸发效应”减弱热带辐合带（ITCZ）的季节摆动，导致早始新世的热带降水向赤道收缩。

该研究基于古气候模拟、大气能量学框架和潜热通量分解，揭示了温室气体影响早始新世热带降水宽度的物理机制。ITCZ的位置受到半球间热力差异的约束。随着太阳直射点的季节摆动，太阳辐射将更多的热量注入夏季半球，形成半球间热力差异，进而促使ITCZ向夏季半球摆动。该研究发现，在冬夏季节，热带信风存在“冬半球强、夏半球弱”的固有不对称模态，这使得冬半球的热带海表蒸发强于夏半球，从而部分抵消太阳直射点季节摆动造成的半球间热力差异。在海表温度较低的现代，海表蒸发对风速的敏感性较弱，因而潜热通量对太阳辐射半球间差异的抵消作用较弱；但在海温水平极高的早始新世，海表蒸发对风速的敏感性经由克劳修斯-克拉伯龙关系得到了极大增强。这一增幅放大了热带潜热通量固有的季节性半球不对称，进而削弱了南北半球在冬夏季节的热力差异，最终导致ITCZ季节摆动减弱、热带降水向赤道收缩。

ITCZ季节摆动减弱造成的热带降水收缩将驱使季风-干旱边界向赤道移动，从而深刻改变热带陆地区域的水资源分布，对热带生态系统的稳定性和适应能力构成挑战。该项研究成果从古气候暖期视角丰富了温室气体影响热带降水的理论认识，为未来高排放情景下的热带水循环演变提供了参考。

中国科学院大气物理研究所任子坤博士为论文第一作者，中国科学院大气物理研究所周天军研究员为论文通讯作者，合作者包括大气所郭准研究员、张丽霞研究员、吴波研究员、陈晓龙副研究员、满文敏副研究员、中国气象科学研究院左萌博士、哥伦比亚大学何林强博士等。该研究受国家自然科学基金“青藏高原地球系统基础科学中心项目”（41988101）和第二次青藏科考项目（2019QZKK0102)）资助。

发表文章： Ren, Z., Zhou, T., Guo, Z., Zuo, M., He, L., Chen, X., et al. (2024). Enhanced “wind-evaporation effect” drove the “deep-tropical contraction” in the early Eocene. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL108836.

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL108836

图1（a）低温室气体浓度（b）高温室气体浓度下的北半球夏季的哈德莱环流及相应的半球间大气能量收支。蓝色箭头表示哈德莱环流。箭头的粗细显示了纬向平均气流的强度。其他箭头表示赤道平面和热带大气边界上的能量通量，其大小反映了对应能量通量的半球间不对称分量（单位：PW）。图中，表示赤道间能量输送，代表大气吸收的太阳辐射，是大气顶部的外向长波辐射，表示热带-外热带能量输送，显示地表的净长波辐射，是潜热通量，是感热通量，而表示大气能量倾向。