南半球西风带是调控南半球气候系统的关键因子，其轨迹变化不仅影响南半球区域的温度与降水格局，更关系到海洋-大气间的二氧化碳交换过程以及南极海洋-冰盖动态，对人类活动与生态系统具有深远影响。过去数十年来，观测表明南半球西风带呈现向极地偏移并持续增强的趋势(Thompson et al., 2002; Goyal et al., 2021)，有研究指出这一变化可能与全球变暖趋势密切相关(Perren et al., 2020)。因此，揭示西风带在数千年间的自然演变规律，对于预测其在未来全球变暖背景下的行为至关重要。然而，由于现有记录匮乏且空间分布不均，使南半球西风带时空变化的重建极具挑战。
泥炭地作为全球碳密度最高的生态系统类型之一(Yu et al., 2010)，其发育与温暖湿润的气候密切相关。此类气候有助于延长植物生长季，从而促进泥炭积累与有机碳的长期固存。南半球西风带的增强会导致南半球中高纬度地区迎来更频繁的强降水事件和显著的暖平流。与此同时，与西风相关的冰川融水及粉尘输送，也可能为泥炭地发育提供部分水分及营养来源。广泛分布于南美、新西兰、塔斯马尼亚和亚南极岛屿的泥炭保存了中高纬度地区详细的气候记录，为追溯南半球西风带的迁移历史提供了独特的地质档案。
近日，由英国南安普顿大学Zoë A. Thomas副教授领衔，联合澳大利亚沃隆港大学、新南威尔士大学等多个研究团队在Nature Geoscience上发表研究，系统揭示末次冰盛期以来南半球西风带迁移对中纬度泥炭发育的调控机制(Thomas et al., 2025)。
研究团队整合了福克兰群岛最新测年数据及南纬35°以南区域已发表的泥炭测年数据，构建了涵盖201个地点共237个泥炭发育年龄的数据集（图1）。所有样本均经放射性碳十四测年并统一校准，进而采用核密度估计（KDE）建模与累积概率分布分析方法，以识别自末次冰盛期以来南半球中纬地区泥炭的关键发育阶段。
图1 纬向风与研究站点位置。2015–2020年平均850 hPa纬向风应力(Hersbach et al., 2020)。紫色方块标示泥炭点，白色虚线标示不同纬度边界（35°S、40°S、45°S、50°S、52.5°S、55°S及60°S），绿点为文中讨论的其他古气候记录位置
研究发现，南半球中纬泥炭发育始于约20,000 年前，早于北半球泥炭普遍形成的时间。通过对不同纬度进一步分析发现，泥炭的发育与南半球西风的迁移活动具有较强的联系。例如，位于南纬52.5-55°地区泥炭首个关键发育时间出现在16,000年前，该时段与海洋记录中西风带偏近极地的位置相吻合（图2）。
图2 南半球泥炭发育模式。(a) 不同纬度带与 (b) 不同区域的泥炭起始年龄核密度估计。黄色条带标示“南极冷逆转”事件。注：(b)中201条记录中包括除(a)记录以外的另外3条位于南纬55°以南的记录
研究重点关注了约14,700–12,800年前发生的 “南极冷逆转”事件。以往因南半球数据稀缺，前人认为该事件的寒冷气候抑制了泥炭的发育，表现为泥炭发育年龄的中断。然而，该研究揭示泥炭发育中断仅局限于最南端的52.5–55° S区域，与这一时期西风带的北移（也就是向赤道方向迁移）有关。与之相反，西风带北移为52.5° 以北地区带来了更为丰沛的降水，从而为泥炭发育创造了有利的水文条件。西风带的北移与当时全球CO2浓度上升速率的减缓同时发生。
“南极冷逆转”事件结束后，南半球西风带重新南移，再次为高纬度地区带来适宜泥炭发育的湿润气候，使该区域泥炭在约11,000年前出现新一轮增长。西风带在“南极冷逆转”前后的迁移活动已得到多个位于南半球中纬地区的古气候记录的相互印证。
图3 南半球西风带的过去及未来变化。a-c图揭示了末次冰盛期以来三个时段南大西洋核心西风带（红色）的移动路径。d图为基于CMIP6模式在高温室气体排放情景（SSP5-8.5）下对2100年西风带的预期变化。蓝点标示了各时间段内泥炭开始发育的地点。红色阴影的深浅表示风的强度，颜色越深代表西风越强
该研究带来了一系列重要的启示：首先，它揭示了冰消期南半球中纬度泥炭地的发育存在显著的纬度分异特征，证实这一格局主要受到南半球西风带强度及位置变化的调控。其次，该研究所构建的泥炭起始年龄数据集，在古气候记录稀缺的关键时期，为南半球西风带的迁移历史提供了空间数据支持，为理解当前观测到的西风带变化提供了关键的历史背景。最重要的是，西风带迁移与千年尺度上CO2浓度的同步性，确认了南半球西风带在调控海-气碳通量中的核心作用，从而为预测其在未来全球变暖情景下的演变及其对全球碳循环的影响，提供了不可或缺的参照。
主要参考文献
Goyal R, Sen Gupta A, Jucker M, et al. Historical and projected changes in the Southern Hemisphere surface westerlies[J]. Geophysical Research Letters, 2021, 48(4): e2020GL090849.
Hersbach H, Bell B, Berrisford P, et al. The ERA5 global reanalysis[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 2020, 146(730): 1999-2049.
Perren B B, Hodgson D A, Roberts S J, et al. Southward migration of the Southern Hemisphere westerly winds corresponds with warming climate over centennial timescales[J]. Communications Earth & Environment, 2020, 1(1): 58.
Thompson D W J, Solomon S. Interpretation of recent Southern Hemisphere climate change[J]. Science, 2002, 296(5569): 895-899.
Yu Z, Loisel J, Brosseau D P, et al. Global peatland dynamics since the Last Glacial Maximum[J]. Geophysical Research Letters, 2010, 37(13): L13402.
Thomas Z A, Cadd H, Turney C, et al. Westerly wind shifts drove Southern Hemisphere mid-latitude peat growth since the last glacial[J]. Nature Geoscience, 2025: 1-7.（原文链接）
（撰稿：王愉琬，张卉/环境演变与碳循环学科中心）
王愉琬（博士后）
