半岁差信号（周期约1万年）是赤道地区太阳辐射变化的独特特征（Berger et al., 2006），也是“低纬驱动理论”的核心内容之一。这一信号在轨道和千年尺度气候的相互作用、高低纬气候的相互作用中扮演着重要角色，并在第四纪的一些重大气候事件中发挥了关键作用。然而，由于地质记录的分辨率和年代学等限制，目前关于半岁差信号的研究仍相对较少。
赤道西太平洋是全球最大的暖水储库之一，在全球气候系统中扮演着类似“蒸汽与热量引擎”的角色。该区域的温度变化不仅影响全球气候，还对全球生态系统、农业生产和人类社会生活产生深远影响。研究赤道西太平洋温度的半岁差信号，有望成为全面理解全球半岁差信号的关键突破口。由于赤道西太平洋直接受到赤道太阳辐射的影响，理论上应存在半岁差信号。然而，迄今为止相关的研究报道很少（Jian et al., 2020），这仍是一个未解之谜。
针对该问题，比利时新鲁汶大学（UCLouvain）尹秋珍教授团队联合中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂院士团队，采用古气候模拟与地质记录相结合的方法，深入探讨了赤道西太平洋温度变化的半岁差信号及其驱动机制（Wu et al., 2025）。研究团队首先对前人发表的赤道西太平洋五个钻孔的高分辨率温度记录进行再分析，发现了显著的半岁差信号。然而，由于地质记录中可能存在的定年误差以及局地因素的影响，仅凭地质记录难以深入探讨半岁差信号的驱动机制。因此，他们进一步基于自主模拟实验，对三组过去80万年的瞬变气候模拟进行了详细分析。模拟结果显示，在轨道驱动作用下，赤道西太平洋海温中存在非常显著的半岁差周期 （图1），其变化幅度受到偏心率调控（图2）。模拟结果进一步表明，赤道西太平洋表层和次表层上部海水温度的半岁差信号是对赤道最大太阳辐射的直接响应，而次表层下部海温的半岁差信号则受控于两半球最大太阳辐射（图2）。这种不同深度半岁差信号在驱动机制上的差异与赤道西太平洋在不同深度上的洋流特征密切相关。在次表层下部，局地环流是由两半球亚热带通过西边界流流向赤道西太平洋（图3），使得次表层下部的海水受到两半球亚热带海水的影响，从而受到两半球最大太阳辐射的影响；相反地，在表层和次表层上部，局地环流是由赤道通过黑潮和东澳大利亚流分别流向两半球中高纬，其海水温度直接响应赤道最大太阳辐射，进而对两半球的气候产生影响。而位于次表层上部和下部之间的转换层，海温的半岁差信号不显著。
图1 轨道单驱动下赤道西太平洋温度变化及其功率谱图。除赤道地区典型的岁差信号外，赤道西太平洋温度变化还存在明显的半岁差、斜率和偏心率信号
图2 轨道单驱动下赤道西太平洋温度半岁差信号和太阳辐射对比。赤道西太平洋表层和次表层上部海水温度的半岁差信号受控于赤道最大太阳辐射，而次表层下部的半岁差信号受控于两半球最大太阳辐射
图3 中低纬度太平洋区域海洋环流。在次表层下部，局地环流是由两半球亚热带通过西边界流流向赤道西太平洋；而在表层和次表层上部，局地环流是由赤道通过黑潮和东澳大利亚流分别流向两半球中高纬
研究团队还探讨了太阳辐射、CO2和北半球冰盖对赤道西太平洋海温的相对影响。发现在轨道单驱动下，除半岁差信号外，赤道西太平洋表层和次表层海温均存在显著的岁差、斜率和偏心率周期（图1）。表层和次表层上部温度主要受控于CO2的变化，以10万年周期为主，冰盖的影响相对较小；而次表层下部主要受控于太阳辐射，其温度变化以岁差和斜率信号为主。CO2和冰盖会进一步调控由太阳辐射引起的半岁差信号，但基本不改变上述半岁差信号与相应太阳辐射的关系。
鉴于赤道西太平洋在全球气候中的重要性，该研究探讨的赤道西太平洋温度变化的半岁差、岁差、斜率和10万年的周期信号有望为理解其他地区相应周期信号提供参考。
主要参考文献
Berger A, Loutre M F, Mélice J L. Equatorial insolation: from precession harmonics to eccentricity frequencies[J]. Climate of the Past, 2006, 2(2): 131-136.
Jian Z, Wang Y, Dang H, et al. Half-precessional cycle of thermocline temperature in the western equatorial Pacific and its bihemispheric dynamics[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, 117(13): 7044-7051.
Wu Z, Yin Q, Berger A, et al. Forcing mechanisms of the half-precession cycle in the western equatorial Pacific temperature[J]. Nature Communications, 2025, 16(1): 1841.（原文链接）
（撰稿：吴志鹏，史锋/环境演变与碳循环学科中心）
