人为气溶胶和温室气体对气候变化影响有何不同？

厄尔尼诺作为地球上显著的自然气候波动现象，其影响力遍及全球各个角落，然而，人为人为气溶胶和温室气体如何影响大气环境呢？对厄尔尼诺-南方涛动的影响又有何不同呢？

人为气溶胶和温室气体对大气环境的影响？

对大气环境的影响，除了温室气体，还有人为气溶胶。2016年，一项研究分析8个国际领先气候模型的模拟结果，系统揭示了人为气溶胶和温室气体如何影响气候环境。

人为气溶胶和温室气体大体都来自人类活动，但它们对大气环境的影响不同。温室气体能够吸收地表发出的红外辐射，在全球范围内基本均匀分布，防止热量溢出，将热量留在大气中；而气溶胶主要集中分布在排放源附近的北半球中纬度地区，在大气中停留时间较短，通过将部分阳光反射回太空影响气候环境。

为了比较人为气溶胶和温室气体对大气环境的影响，研究使用了8个国际先进气候模型的模拟数据，对比分析了仅考虑气溶胶变化、仅考虑温室气体变化和包含气溶胶和温室气体变化的实验。通过对比这三类实验的结果，可以区分出气溶胶和温室气体的独立影响。

研究发现，在热带地区，气溶胶和温室气体引起了相似但方向相反的变化。赤道太平洋海温变化受气溶胶影响降低0.96°C，而温室气体则升高0.89°C；伴随海表温度变化的降水增减遵循”暖则湿”的基本规律。

南大洋西风带是环绕南极的强劲西风气流，是大气环流的重要组成部分，其强度变化直接影响海洋环流和热量输送。由于北半球气溶胶冷却引发跨赤道大气环流调整，导致南半球亚热带高压与极地低压间气压梯度减小，西风风速减弱，仅气溶胶强迫下，西风带向赤道方向移动1°-2°，强度减弱5-10%。

相比而言，全球温室气体更加均匀，由于北极放大等，高低纬度温差增大，加强了气压梯度，导致西风增强。仅温室气体强迫下，西风带向极地移动0.5°-1°，强度增强3-8%。

而在北半球中纬度地区，由于气溶胶主要在北半球排放，在全球范围内，创造了一个不对称的冷却中心，这一冷却柱改变了大气压力分布，由于热力风不平衡引发其南侧西风加速，加速度为0.14 m/s/百年；此外，由于半球气溶胶负辐射强迫导致北半球中纬度冷却，进而引发赤道哈德莱环流，导致热带辐合带南移。而温室气体几乎无影响。

在同时包含气溶胶和温室气体的情况下，显示热带太平洋海表温度变化主要来自温室气体，而气溶胶通过削弱季风环流，减少了水汽输送，那些降水跨赤道北减南增和东亚干旱则反映气溶胶作用。

图：气溶胶强迫和温室气体强迫运行之间的气候响应模式差异🔽

(a) 纬向平均气温[阴影；°C (100 年) −1 ]、纬向风[黑色轮廓线以 0.2 ms −1 (100 年) −1为间隔，省略 0 ms −1 (100 年) −1轮廓线；正值表示西风] 和纬向平均经向流函数[灰色轮廓线以 1 × 10 9 kg s −1 (100 年) −1为间隔，省略 0 kg s −1 (100 年) −1轮廓线；正值表示顺时针环流]；(b) 500 hPa 气温[阴影； °C (100 年) −1 ] 和纬向风[黑色等值线以 0.3 ms −1 (100 年) 为间隔，0 ms −1 (100 年) 的等值线被省略]。点画表示 (a) 和 (b) 中纬向平均值和 500 hPa 气温的集合成员之间统计置信度超过 95% 的区域。

人为气溶胶和温室气体对厄尔尼诺-南方涛动的影响

厄尔尼诺-南方涛动是热带太平洋海表温度、大气环流和海洋环流共同作用产生的气候振荡现象，其暖相位厄尔尼诺和冷相位拉尼娜通常每隔2-7年交替出现，这种周期性变化不仅会影响太平洋周边地区的气候模式，还会通过大气遥相关作用影响全球大气环境。

由于气溶胶和温室气体对气候变化的影响原理不同，因此，他们对厄尔尼诺-南方涛动基本不同。为了准确准确评估人为因素对厄尔尼诺-南方涛动的的影响，来自加州大学河滨分校的研究团队采用了使用了CMIP6气候模型，对比了三种情景来分离不同因素的影响。前两个分别为仅考虑人为气溶胶影响的实验和仅考虑温室气体影响的实验，第三个是考虑工业化前基准实验。

研究分析了1850-2014年这段工业革命以来的关键时期，通过计算热带太平洋5°N-5°S，170°W-120°W关键区域的尼诺海表温度指数Niño 3.4指数，可以量化厄尔尼诺-南方涛动变率的变化。

外，研究还引入Bjerknes稳定性指数来分析各种反馈机制的强度变化，这为理解厄尔尼诺-南方涛动变化的物理机制提供了重要依据。

研究发现，人为气溶胶和温室气体对厄尔尼诺-南方涛动产生了截然不同的影响。气溶胶主要通过削弱东赤道太平洋的海表温度年循环，使得3-5年时间尺度的厄尔尼诺-南方涛动变率增强了5.6%。然而，由于气溶胶的特性，气溶胶的这种影响具有显著的季节性特征，虽然对冬季厄尔尼诺-南方涛动峰值影响不大，但却显著增加了4-6月发生厄尔尼诺-南方涛动事件的可能性。

而温室气体则表现出完全相反的作用，在温室气体增加的情景下，3-5年的厄尔尼诺-南方涛动变率减弱了8.6%。这种减弱主要源于增强的海表温度年循环对厄尔尼诺-南方涛动自由振荡的限制作用，以及显著减弱的温跃层反馈。温室气体还使厄尔尼诺-南方涛动事件更倾向于在11月达到峰值。

对极端厄尔尼诺影响如何呢？研究发现，温室气体的增温效应使得Niño-3区域的平均海表温度升高，降低了大气对温度异常的敏感度阈值，导致极端厄尔尼诺事件从工业化前的198次增加到240次，增幅达21%。而气溶胶则通过冷却热带太平洋的海表温度，使得极端拉尼娜事件从197次增加到229次，增幅16%。

这种不对称变化也反映在海表温度的偏度变化上，气溶胶减小了正偏度，而温室气体则增加了正偏度。也就是说，这种偏度变化在气溶胶主导的情景下，强拉尼娜事件更为常见，而在温室气体主导的情景下，强厄尔尼诺事件更为频发。

此外，研究团队通过经验正交函数分析将厄尔尼诺-南方涛动事件分为两类，东太平洋型和中太平洋型。研究结果显示，气溶胶会促进厄尔尼诺-南方涛动事件向太平洋型转变，这种转变与气溶胶增强的纬向平流反馈密切相关。

而在温室气体增加的情景下，东太平洋的温跃层坡度减小，使得东太平洋型型事件持续的时间更长，从而抑制中太平洋型事件。

这项研究的一个重要现实意义在于，它揭示了人为气溶胶和温室气体对厄尔尼诺-南方涛动的影响在一定程度上相互抵消，不仅影响其强度和极端事件，还影响其空间结构。

图：由于气溶胶和温室气体强迫导致的 Bjerknes 指数和系数变化🔽

a piControl（灰色）、HIST-AER（蓝色）和 HIST-GHG（红色）模拟的 BJ 指数和各个分量。TD、MA、ZA、EK 和 TH 分别代表平均平流、热阻尼、纬向平流、埃克曼和温跃层反馈。b 气溶胶强迫（HIST-AER 减 piControl，浅蓝色）和温室气体强迫（HIST-GHG 减 piControl，粉色）导致不同回归系数百分比和平均温度梯度的变化。两个面板均显示了集合和多模型平均结果。误差线表示模型间一个标准差。

❓思考题：若气溶胶排放减少而温室气体持续增加，厄尔尼诺-南方涛动可能会如何变化？

A.变率增强，极端事件减少
B.变率减弱，极端厄尔尼诺增多
C.完全消失
D.转变为年际震荡

参考文献：Xianglin Ren & Wei Liu ，Distinct anthropogenic aerosol and greenhouse gas effects on El Niño/Southern Oscillation variability. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 24 (2025) .doi.s43247-025-01996-w