Ice-core d-excess reveals a shift to wind-driven control of oceanic evaporation in warm climates
通过将南极冰芯中的氘盈余重新构建为海洋蒸发率的代用指标，本研究揭示了长达80万年的历史演变，即在寒冷的冰期，蒸发的控制因素表现为热力学温度依赖性，而在温暖的气候下则转向风驱动动力学，这表明未来的水循环响应也将同样受大气环流的支配。
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地球气候的故事书写在空气中，但这段故事的大部分却隐藏在从海洋上升的水汽之中。几十年来，科学家们一直将南极洲古老的冰盖视为过去气候的图书馆，通过阅读数十万年前作为降雪落下的冰层中所捕捉到的化学特征来解读历史。其中一种被称为“氘盈余”（deuterium excess）的特定特征，长期以来一直是困扰研究者的难题。它是海水蒸发形成水分子时，在分子量上产生的细微差异。传统上，研究人员利用这一信号来推测水分开始旅程时的海洋温度，或是当时空气的湿度。然而，这两个因素与风速共同交织在一起，共同创造了这一信号。由于它们如此紧密地相互关联，人们很难分辨究竟是哪一个因素驱动了冰层中所见的这种变化，这导致我们在理解全球水循环如何响应变暖或变冷的星球时存在认知空白。
由来自印度科学教育研究学院（IISER Kolkata）的 Ajay Ajay 及其同事，以及来自东京大学和阿拉斯加安克雷奇大学的合作者共同开展的一项新研究，通过彻底改变提问方式解决了这一歧义。研究人员意识到，与其试图分离温度、湿度和风速来寻找单一原因，不如将氘盈余信号视为追踪海洋表面总蒸发量的指标。通过将这一古老的化学特征视为蒸发率的直接度量，他们成功重建了过去 8 亿年间南冰洋向大气释放水分的连续历史。这一记录涵盖了多个冰期与温暖期的循环，提供了对全球水循环第一步过程的首次长期观察。
研究人员首先通过证明其新方法在现代世界同样有效。他们将根据现代气象数据计算出的氘盈余值，与来自卫星和船载仪器的实际海洋蒸发量测量值进行了对比。他们发现了一个强有力且可靠的联系：在风力更强、空气更干燥的地方，氘盈余更高，蒸发的速率也更快。这种关系在向南极冰盖提供水分的南印度洋特定区域内表现得十分一致。一旦这一联系得到证实，他们便将同样的逻辑应用于南极洲 EPICA Dome C 遗址的古老冰芯。该冰芯包含了一份跨越 80 万年的纯净降雪记录，使团队能够将冰中的化学变化转化为蒸发强度的演变时间线。
从这条时间线中浮现出的，是气候系统行为模式的一次令人惊讶的转变。在过去的寒冷时期，即当世界处于深度冰河时代时，蒸发量受到海洋表面温度的严格控制。随着海洋变暖或变冷，蒸发量会随之同步上升或下降。然而，随着气候进入过渡期及当前的温暖间冰期，这种关系发生了断裂。研究人员发现，在这些温暖时期，海洋温度不再决定水分的蒸发量。相反，风速成为了主导力量。当风力增强时，它会将干燥的空气吹过海洋，即使海洋温度保持稳定，也会从海洋中抽离更多的水分进入大气。
这一发现揭示了地球水循环的控制机制并非固定不变，而是会根据气候状态而发生切换。在寒冷的世界里，海洋的热量驱动着这一过程；而在温暖的世界里，空气的运动则驱动着这一过程。研究表明，在过去 80 万年间，源区温度和风速共同解释了 81% 的蒸发变化，而仅靠温度只能解释 55%。这意味着，在变暖的气候中，水循环的强度不仅取决于升高的温度，还同样取决于大气环流和风场模式。这些发现表明，未来全球蒸发和降水的变化，将在很大程度上取决于风在变暖星球上的反应，而这正是直到现在才被明确预测的一个因素。通过不将冰层视为温度计，而是将其视为海洋“呼吸”的测量计，研究人员为地球水分是如何流动的提供了一个更清晰、更具物理意义的图景。
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