近日，南方海洋实验室前沿研究中心的科学家借助数值模拟，研究了日地距离变化对海洋-大气环流的影响。科学家发现，日地距离的变化可以引发一场全球气候带的“大迁徙”，改变地球的生态格局：当日地距离缩短时，海洋-大气环流向高纬度方向漂移，促使水资源分布格局等发生剧烈变化。这种漂移在半球夏季被放大，幅度可达上千公里，甚至能将世界上最大的沙漠变成绿洲。

沙漠绿洲（图源网络）

日地距离变化驱动海洋-大气环流漂移上千公里

海洋-大气环流塑造了地球多样化的区域气候。认识其在不同时间尺度上的变异特征及规律，对理解地球气候演化历史、预测未来气候至关重要。现代观测表明，海洋-大气环流正在向高纬度方向漂移，这一变化正在重塑全球水资源的分布格局以及宜居带范围。例如，副热带干旱带向北推进，使地中海沿岸国家（如希腊、意大利、西班牙等）异常干旱加剧，野火频发；东亚季风向内陆推进，促使我国西北干旱地区重新披上绿纱。在海洋系统中，类似的漂移也在上演：巴西暖流以及墨西哥湾流分别向南、北方向移动，导致南美洲乌拉圭近海和北美缅因湾海域以高达1℃/十年的速度快速升温，给当地传统渔业带来沉重的打击。

野火（图源网络）

现代观测及数值模拟表明，海洋-大气环流的漂移速率约为1公里/年。在温室气体浓度加倍的情景下，环流漂移距离可达上百公里。与现代观测形成鲜明对比的是，考古及地质证据表明，海洋-大气环流曾经发生过上千公里的漂移：一万年前，西非季风曾向北扩张超过1500公里，使撒哈拉地区呈现郁郁葱葱的景观；南非近海的海洋沉积物记录表明，厄加勒斯暖流曾发生至少700公里的南北移动。这些发现引发了科学家对环流系统演变机制的深入思考。

那么，在人类活动出现之前，是什么力量驱动了如此大范围的环流漂移？地球过去的环流漂移又遵循着什么规律？

日地距离变化

太阳系中有八大行星和约180万颗小行星。行星之间的相对运动所导致的万有引力变化使得日地距离始终处在动态变化之中。目前，日地平均距离约为1.5亿公里，在一年内，其变化幅度约3.4%。这种变化幅度看似非常小，但其引起的太阳辐射波动可达92 W/m²，远远超过太阳黑子活动（约1 W/m²）以及温室气体加倍（等量太阳辐射约为14 W/m²）所能引起的辐射变化。受太阳系中两个最大行星（木星、土星）的引力摄动影响，日地距离存在周期性波动。在较为极端的情况下，如六十万年前，日地距离变化幅度超过11%，引起的太阳辐射波动达到300 W/m²。

日地距离缩短驱动海洋-大气环流向高纬度漂移

我们无法回到过去，因此，也无法对过去气候进行系统观测。此外，即使我们有足够的观测，复杂的天体运动也使我们难以理解日地距离变化产生的气候效应。为此，来自南方海洋实验室的科学家通过超级计算机模拟了日地距离变化所产生的后果。

数值实验结果表明，当日地距离缩短时，海洋-大气环流向高纬度方向漂移。反之，当日地距离增大时，环流整体向赤道收缩（图1）。日地距离年平均变化虽然微弱，但其季节性变化会显著影响陆地气候带、植被以及海洋上升流与下降流的分布。尤其在半球夏季时，由于日照时间延长，日地距离变化所产生的环流漂移更加剧烈，幅度可达上千公里。

图1. 日地距离变化驱动海洋-大气环流漂移示意图。当日地距离缩短时，海洋-大气环流向两极漂移；反之，当日地距离增大时，海洋-大气环流向赤道收缩。

目前，北半球夏季位于远日点附近，海洋-大气环流相对靠近赤道，副热带干旱带位于撒哈拉沙漠地区（图2A）。由于地球自转轴的进动（岁差），远日点发生的时间逐年延后（每年延后约25.1分），驱动海洋-大气环流在不同的季节出现漂移。约一万年前，北半球夏季位于近日点，副热带干旱带向高纬度方向漂移上千公里，覆盖整个欧洲，使欧洲夏季异常炎热干旱，而撒哈拉地区则因热带降雨增加而呈现繁茂景象（图2B）。科学家的数值模拟完美地重现了上万年的气候变迁，与地质记录相吻合。

图2. 日地距离（A）增大及（B）缩短时，降雨空间分布图。红色线条代表3厘米/月降雨量等值线。

研究结果表明，现代的海洋-大气环流形态并不独特，而是由地球轨道目前的形态决定。当地球轨道受天体引力影响发生变化时，海洋-大气环流位置也随之产生漂移。这一发现不仅深化了我们对地球气候系统演变规律的认识，也为预测未来气候变化提供了新的理论依据。相关研究成果将为未来城市规划和全球产业布局提供重要参考。

该成果于2025年2月20日在地球科学领域专业期刊Geophysical Research Letters发表，研究得到了南方海洋实验室自主科研项目、ONCE大科学计划、自然科学基金委等的支持。

论文发表截图

原文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL113066（阅读论文请点击链接）