地球氣候的蝴蝶效應版圖已經面目全非，科學家們給出了系統性證據

2015 年末的那場超級厄爾尼諾事件，很多人至今記憶猶新。那一年冬天，加利福尼亞等待已久的暴雨終于降臨，而東非卻遭遇嚴重洪災，印度尼西亞的火災濃煙彌漫了整個東南亞......

人們對這類現象已經習以為常，赤道太平洋一打噴嚏，千里之外就會感冒。這種跨越大洋和大陸的氣候 “牽一發而動全身” 的效應，氣象學界稱之為遙相關（teleconnection）。過去一個多世紀以來，科學家一直在繪制和利用這張聯動地圖，用它來做季節性預報、評估農業風險、規劃水資源調度。

2026 年 1 月，發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上的一項研究顯示，這張地圖本身正在發生變化，而且變化的幅度已經超出了氣候系統自然波動所能解釋的范圍。

圖丨相關論文（來源：Geophysical Research Letters）

論文的作者團隊來自哈佛大學和法國索邦大學。第一作者 Eran Vos 來自巴黎動力氣象實驗室（Laboratoire de Météorologie Dynamique），另外兩位合著者 Peter Huybers 和 Eli Tziperman 是哈佛大學地球與行星科學系的氣候學家，后者長期從事 ENSO（El Ni?o－Southern Oscillation，厄爾尼諾－南方濤動）和大氣海洋耦合動力學的理論研究。

地球氣候系統中存在幾種反復出現的大尺度振蕩模態，它們是氣候變率的主旋律。除了 ENSO，還有 NAO（North Atlantic Oscillation，北大西洋濤動）、SAM（Southern Annular Mode，南半球環狀模態）、IOD（Indian Ocean Dipole，印度洋偶極子）和 PDO（Pacific Decadal Oscillation，太平洋年代際濤動）。這些振蕩通過大氣羅斯貝波（Rossby wave）等機制，把能量和信息從一個區域傳遞到另一個遙遠的區域，赤道太平洋變暖能影響澳大利亞的降水，北大西洋的氣壓異常能左右歐洲的寒冬暖冬。這些聯動關系并非絕對固定，但長期以來，它們被視為氣候系統的內稟特征，在可預見的時間尺度上大致穩定。Vos 等人挑戰的正是這個假設。

研究的方法論分兩步走。第一步是構建 “協方差指紋”（covariance fingerprinting）。做法是：計算全球各網格點之間月均溫度異常的協方差矩陣，分別針對 1960 至 1990 年和 1990 至 2020 年兩個三十年窗口，比較兩者的差異。這個差異就是遙相關模式的變化量。然后把觀測到的變化投影到 CESM2（Community Earth System Model Version 2，第二版社區地球系統模式）大型集合模擬中、由溫室氣體等人為強迫驅動的協方差變化模式上。作為對照，他們從同一模式的長期控制運行中隨機抽取 1000 對三十年窗口，計算純粹由自然變率產生的協方差變化。

（來源：Geophysical Research Letters）

結果非常清晰：團隊觀測到的協方差指紋值遠大于自然變率所能產生的全部 1000 次模擬值。也就是說，過去六十年間全球遙相關格局的改變，用自然波動來解釋是說不通的。

第二步是多元線性回歸分析。研究團隊逐網格點檢驗五種氣候模態各自遙相關效應在兩個時段之間的差異，并評估這些差異相對于自然變率的統計顯著性。在 95％ 顯著性水平下，全球約 28％ 的網格點出現了與 GMST（Global Mean Surface Temperature，全球平均表面溫度）相關的顯著遙相關變化，ENSO 和 IOD 分別影響了約 20％ 和 15％ 的網格點，PDO 接近 10％。NAO 和 SAM 的變化比例只有 3．4％ 和 4．0％，接近隨機預期，不過這更可能反映當前氣候模式對這兩種模態的模擬精度不足，而非它們真的沒有受到影響。

落到具體區域，幾個變化尤其值得關注。ENSO 對澳大利亞溫度的遙相關在近三十年顯著增強，意味著厄爾尼諾發生時，澳大利亞的溫度升幅比過去更大。同時，ENSO 對東北非洲的影響發生了符號反轉，過去厄爾尼諾年份這里傾向于升溫，現在反而降溫。

類似的反轉也出現在南亞和西歐。IOD 方面，其在澳大利亞、非洲、亞洲和中東的遙相關幅度和空間結構均發生變化。PDO 的遙相關在西歐和北美東部同樣出現了符號翻轉。

那么變化的根源在哪里？是各振蕩模態本身變強了或變弱了，還是傳導效應的大氣 “介質” 變了？研究團隊對此做了專門考察，發現除了 GMST 的方差因增溫加速而增大之外，其他模態在兩個時段之間的方差基本不變。

這說明遙相關的改變并非源自振蕩信號本身的變化，而是因為全球變暖重塑了大氣環流的基本狀態，改變了羅斯貝波等大氣擾動的傳播路徑和效率。打個不太精確的比方：廣播電臺的發射功率沒變，

但電波傳播的電離層條件變了，所以各地收到的信號強弱和清晰度都跟以前不一樣了。

利用 CESM2 在 RCP 8.5（Representative Concentration Pathway 8.5，代表性濃度路徑 8.5，即高排放情景）下的未來投影，研究團隊也考察了 2070 至 2100 年的遙相關圖景。ENSO 遙相關在澳大利亞和南美北部將進一步增強，但在美洲其他大部分地區趨于減弱或改變方向。NAO 對歐洲月溫的影響將減弱，PDO 在北太平洋的偶極結構將加強，IOD 的局地影響以及對南亞和北非的遙相關將減弱。研究團隊也指出，RCP 8.5 是一個極端排放情景，選用它是為了最大化信噪比，更溫和路徑下的遙相關變化還有待進一步研究。

（來源：Geophysical Research Letters）

圍繞遙相關變化的研究其實已經積累了不少成果。2018 年 Yeh 等人在《地球物理學評論》上綜述過 ENSO 大氣遙相關對溫室氣體強迫的響應。2024 年 Beverley 等人的研究指出，ENSO 對歐洲的遙相關在全球變暖下預計將增強。McGregor 等人 2022 年基于 CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6，耦合模式比較計劃第六階段）模式集合的分析發現，大約一半的遙相關區域在高排放情景下出現顯著變化，且多數表現為歷史遙相關的放大。Vos 等人在方法上的推進在于：他們同時考察了五種主要模態，并首次將協方差矩陣層面的指紋檢測應用于遙相關歸因，使得“人類活動改變了全球遙相關格局”這一判斷獲得了更完整的統計檢驗。

當然，這項研究也有其局限。首先，它只涉及月均溫度，沒有觸及降水或極端事件的遙相關變化，而后者往往是對社會經濟沖擊更直接的方面。此外，研究依賴單一氣候模式 CESM2，而不同模式對遙相關的模擬差異相當大，這也是 NAO 和 SAM 信號不顯著的可能原因之一。PDO 作為年代際振蕩，在僅三十年的窗口內本身就難以獲得穩健的方差估計，這給回歸分析帶來了額外的不確定性。

不過，對于依賴季節性氣候預報的行業，例如農業、保險、能源、水資源管理等，這些統計數字值得高度關注，因為它們表明，過去管用的經驗法則，未來未必繼續管用。厄爾尼諾來了之后哪里會干旱、哪里會洪澇，答案可能正在發生漂移。基于歷史數據建立的風險模型和預報方案，到了該重新體檢的時候了。IPCC 第六次評估報告在 2021 年已經判斷，與 ENSO 遙相關變化有關的降水變率 “極有可能在區域尺度上導致顯著改變”。Vos 等人的研究，算是為這個判斷補上了一塊觀測層面的拼圖。

論文地址：https://doi.org/10.1029/2025GL119307