近日，中国科学院深海科学与工程研究所研究员吴淑壮团队与国际合作者，研究揭示了南极绕极流强度在轨道时间尺度上呈现出显著的纬向不对称特征，并阐明了其背后的驱动机制。这一重要发现，将重塑人们对南极绕极流演变与南极冰盖动态变化、全球大洋环流及碳循环相互作用的传统认知。相关研究成果发表于《自然-地球科学》。
南极绕极流作为地球上规模最大的洋流系统，在全球海洋物理、化学和生物特性的跨洋盆交换中发挥着核心作用。它不仅对全球大洋环流和气候起着关键的调控作用，还与南极冰盖的演变紧密相连。然而，在过去漫长的历史时期中，南极绕极流的时空演化情况一直未能得到清晰、准确的阐释。传统研究大多基于一个假设，即南极绕极流在南大洋跨洋盆间的变化是一致的。但现有的沉积记录却呈现出复杂多样的演化过程——部分站点的沉积记录显示，冰期时洋流速度更强；而另一些站点的沉积记录则表明，冰期时洋流速度更弱或变化甚微。
研究团队首先选取南印度洋六根海洋沉积岩芯（这些岩芯横跨所有主要南大洋锋面）作为研究对象，利用其中可分选粉砂组分平均粒径作为近底流速的指标，成功重建了南极绕极流强度的时空演变情况。研究结果显示，在南大洋印度洋扇区，跨亚南极区、极锋区与南极区的南极绕极流在轨道尺度上的变化具有一致性：冰期时其流速显著增强，而间冰期时流速则较弱。
在此基础上，研究团队进一步整合了南大洋印度洋、大西洋和太平洋扇区已有的古洋流重建数据。通过深入分析，他们揭示了过去一百万年来南极绕极流的演变存在轨道尺度上的反相位变化特征：在冰期和地轴倾角较小时期，印度洋扇区的南极绕极流增强，而南太平洋扇区则减弱；在间冰期和地轴倾角较大时期，二者的变化趋势完全相反。结合沉积记录与气候模型模拟分析，研究团队深入解析了这一纬向不对称变化的驱动机制。他们发现，南极绕极流的时空演变可能受到南半球西风带的强度与位置、南大洋海冰覆盖范围、经向密度梯度及洋流辐合等多因素的协同调控。
该研究成果具有深远的科学价值和重要的现实意义。在南极冰盖稳定性研究方面，间冰期印度洋和大西洋扇区的南极绕极流减弱，会减少暖性绕极深层水向东南极的南向输送，有利于东南极冰盖的稳定发育；而同期南太平洋扇区的南极绕极流增强，则可能增加向西南极的热输送，促使绕极深层水侵入罗斯海和阿蒙森海，进而可能导致西南极冰盖退缩甚至崩解。
在碳循环研究方面，冰期太平洋扇区的南极绕极流减弱，跨洋盆交换受限，抑制了水团的混合和上升流强度，促进了海洋内部对二氧化碳的封存；间冰期时该扇区洋流增强，跨洋盆交换加剧，则有利于封存的碳释放到大气中，导致大气二氧化碳浓度升高。这一机制也为未来气候预测提供了重要的科学依据：尽管现代气候的边界条件与更新世存在差异，但未来南极绕极流的增强可能会提高跨洋盆交换效率，进而降低南大洋对人为排放二氧化碳的碳汇效率。
《自然-地球科学》编辑James Super与英国南极调查局高级研究员张旭对该研究给予高度评价：该研究揭示了地球现存规模最大的洋流系统对气候变化的复杂响应机制。研究阐明海冰覆盖范围和大气环流模式等当下正发生快速变化的因素，其相互作用如何影响南极绕极流的位置与强度，为该领域开辟了重要的研究方向。
上述研究得到德国科学基金会、瑞士自然科学基金、国家自然科学基金等项目的联合资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01901-2
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