近日，实验室宁亮教授和刘健教授领导的一个国际研究小组，与俄亥俄州立大学的Zhengyu Liu教授和美国科学院院士、宾夕法尼亚大学Michael E. Mann教授合作，发表了一篇题为《Decadal climate variability during the pre-industrial Common Era：characteristics and mechanisms》的论文，系统综述了前工业时代全球气候的年代际和多年代际的变化特征及其潜在机制的最新进展。这项研究不仅揭示了外部强迫（如火山爆发和太阳活动）对全球气候年代际变化的深远影响，还为理解当前气候内部变率提供了重要的历史参考。

过去千年气候年代际变率的特征

研究团队利用分别对全球地表温度（GMST）和降水、太平洋年代际变率（PDV）、大西洋多年代际变率（AMV）、大西洋径向翻转环流（AMOC）的代用记录和模式模拟结果进行分析，研究表明，受外部强迫影响的GMST多年代际变率、PDV和AMV的相位相干，尽管振幅的一致性相对较弱。然而，对于非外部强迫影响的多年代际气候变率，由于代用记录的类型、区域和时段的不同，以及年代际气候变率随时间变化固有的非线性特性，前人对其的研究在周期和时段上存在分歧。另外，像厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、南亚夏季风（SASM）和东亚夏季风（EASM）等的短期现象的年代际变率有相似的不确定性，因为它们很大程度上受到PDV和AMV的调控。

火山喷发、太阳活动和人类活动：年代际气候变化的“幕后推手”

通过分析大量的古气候代用记录（如树轮、冰芯、珊瑚等）和气候模式模拟，研究团队发现火山喷发和太阳活动是驱动前工业时代气候变化的两个关键外部因素。大规模的火山喷发会导致全球气温下降，并引发持续数十年的气候异常，例如东亚夏季风的减弱和干旱事件的频发。而太阳活动的变化则通过改变地球表面的能量收支，影响全球和区域气候的长期波动。

研究还发现，火山喷发和太阳活动不仅直接影响年代际气候，还通过改变PDV和AMV的相位和频率，以及区域气候对其的响应，间接影响年代际气候变化。这些发现增进了我们对气候变化对外部强迫复杂的响应机制的理解。

年代际气候变化的“内部机制”：海洋与大气的相互作用

除了外强迫因素，研究还强调了气候系统内部的自然变率对多年代际气候变化的重要地位。太平洋和大西洋的海温变化（PDV和AMV）通过复杂的海洋-大气相互作用，影响了全球气候的长期波动。文章指出，理解这些内部机制对于预测未来气候的年代际变化至关重要，尤其是在全球变暖背景下，这些自然变率可能会加剧或缓解人类活动引起的气候变化。

未来展望：从历史中寻找气候变化的答案

尽管科学界取得了显著进展，但仍有许多未解之谜。例如，不同代用记录之间的不一致性、气候模式对内部变率的模拟能力等，都是未来研究需要进一步探索解决的关键问题。研究团队建议，通过进一步的数据同化和瞬态同位素模拟技术，提高对历史气候变化的重建精度，旨在为未来的气候预测提供更可靠的科学依据。

这项研究不仅为我们理解工业革命前的气候变化提供了新的见解，也为预测未来的气候变化提供了重要的科学支持。

该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFF0804704）及国家自然科学基金项目（42130604，42111530182, 42075049）资助，气候系统预测与变化应对全国重点实验室为第一单位。

文章信息：

Ning, L., Z. Liu*, M. E. Mann*, J. Liu*, M. Yan, W. Sun, K. Chen, Y. Qin, and Q. Wen, 2025: Decadal climate variability during the pre-industrial Common Era: characteristics and mechanisms.Science Bulletin, 70, 2190-2203, doi: 10.1016/j.scib.2025.04.056

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325004608

图1-不同重建结果中主导变率尺度和阶段的不一致性

PDV（a, c）和AMV（b, d）重建的功率谱（a, b）和小波分析（c, d）。所有重建的PDV和AMV指数都归一化为单位方差以便进行比较。