每隔几年，厄尔尼诺或其对应的冷相拉尼娜就会重新分配热带降雨，导致澳大利亚干旱、秘鲁洪涝，并对全球大部分地区的天气格局产生深远影响。这两种现象是同一气候系统——厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）——的暖相与冷相，也是地球上年际气候变化最大的驱动力之一。而全球变暖带来的持续升温，正叠加在这一系统的波动之上。
然而，全球变暖究竟是否正在使ENSO波动更加剧烈，此前一直没有定论。
密歇根大学环境科学家朱莉·科尔表示："20世纪末和21世纪初，我们观测到了一些非常强烈的厄尔尼诺事件，但我们并不清楚这些事件究竟有多反常。"由于气候模型之间存在分歧，而仪器观测数据的时间跨度又太短，难以辨别出明确趋势，科尔团队转而通过分析加拉帕戈斯群岛的化石珊瑚，重建了长达千年的海洋表面温度记录。
研究结果表明，东太平洋的厄尔尼诺从未像现在这样剧烈。科尔说："这些事件与前工业化时期的情况完全不同，这令人振奋，说实话也有点出乎意料。"
加拉帕戈斯群岛位于东太平洋ENSO模式的核心区域，是强烈厄尔尼诺事件影响最显著的地带，也是该区域少数能找到化石珊瑚的地方之一。科尔指出："加拉帕戈斯位于西经90度，而要在赤道附近找到另一座岛屿，就得一直往西到西经160度。"
当地珊瑚每年生长一到两厘米，在生长过程中形成碳酸钙骨骼，其化学成分会随着周围水体性质的变化而改变。科研人员通过分析骨骼中的锶钙比和氧同位素来追踪温度变化。科尔解释说："水温越高，珊瑚中的锶含量就越少。"对提取的化石珊瑚岩芯进行逐毫米采样，每年可获得十余个测量数据，相当于珊瑚群落存活期间的月度气温记录。
现存珊瑚群落覆盖了近几十年的数据，可与仪器观测记录相互印证。更早期的历史信息则来自已死亡的珊瑚体，可通过铀-钍测年法精确定年，误差仅在数年以内，最远可追溯至500年前。科尔表示："我们还在海滩上找到了一些冲上岸的死珊瑚，有些已有100年、200年，甚至900年或更长历史。"
对这些珊瑚样本的分析，形成了一份零散但跨度漫长的温度记录——来自五座岛屿的28个时间序列，覆盖大约从公元1100年起的断续年份。以这份基线为参照，过去四十年的气候数据显得格外异常。
1984年以来的温度变异性，比公元1000年至1850年前工业化时期高出36.5%，比1851年至1982年期间也高出16.2%。三个时段的数据在统计上均具有显著差异，且变化趋势持续上升。科尔解释说，这意味着在加拉帕戈斯群岛，过去高于正常水平一到两摄氏度的事件，现在已达到三到四摄氏度。
珊瑚数据还显示出偏态性的变化，即温度波动在暖相或冷相上是否出现不对称。"偏态性转为正值，"科尔说，"这表明是暖相事件的强度在增强。"
近期异常波动主要源于厄尔尼诺，且这一变化在千年记录中没有可比先例。无论是小冰期还是中世纪暖期，都未在ENSO变率上留下如此鲜明的印记。
然而，科尔团队最初并未掌握直接证据表明人类活动是罪魁祸首。当科学家将珊瑚记录输入多个气候模型后，这一证据才得以浮现。
ENSO本身存在自然波动，平静的年代之后往往跟随活跃时期，无需外力驱动。为判断近几十年是否真的异乎寻常，而非仅仅碰上了ENSO自然活跃周期，团队需要找到参照依据。这一过程颇为棘手。
"在东太平洋，我们没有直接的观测数据可供比对，"科尔说，"如果有另一份同等长度的记录，我们就不必把这篇论文发表在《科学》杂志了。"
作为替代方案，科尔团队利用多个气候模型进行模拟，这些模型还原了过去千年的气候条件，但仅纳入火山活动、太阳辐射变化等自然因素，未考虑温室气体浓度的变化。这使研究人员得以评估：在完全不受人类影响的气候系统中，仅凭自然变率产生如此剧烈波动的概率有多大。
"我们试图在气候模型中寻找类似的证据，但一无所获，"科尔说。珊瑚记录揭示的实际增幅，以接近99%的置信水平超出了模型的内部自然变率范围。研究团队据此认为，当前ENSO的异常状态与人类活动密不可分。
不过，中太平洋的图景仍不够清晰。莱恩群岛的珊瑚数据显示出相似的均值升高趋势，但离散程度更大。研究人员认为，这部分源于该地区记录仅依赖氧同位素，而强烈厄尔尼诺带来的大量降雨会改变水体中的氧含量，可能占据一半甚至更多的信号。
然而，中太平洋珊瑚记录的模糊性，恰恰与气候模型的预测相吻合。人类活动导致的气候信号，应当首先在东太平洋显现。科尔说："东太平洋更早出现强化信号，与模型的预测完全一致。"
无论厄尔尼诺的温度波动幅度如何，全球变暖本身就预计会加剧ENSO的水文后果，使湿季更湿、旱季更旱——因为更热的大气层能容纳更多水蒸气。
而若厄尔尼诺的温度波动也在同步增强，两者叠加的效应将更为显著。不过，这种复合效应的具体表现是珊瑚所无法告知我们的。科尔说："我们不预测未来，珊瑚给了我们一个回望过去的水晶球——虽然有些模糊，但这已是我们所能做到的。"
然而，未来已经在科尔的研究结束后开始展现。自团队珊瑚温度记录截止以来，又有两次强烈厄尔尼诺事件相继出现，目前还有一次正在发展，科尔及多数专家预计这次将打破历史纪录。"这表明我们观察到的现象并非偶然，"她说，"而是厄尔尼诺正在进入一种新的状态、呈现出一种新的面貌。"
对于这一变化的根本原因，科尔团队几乎没有疑问。"我们将其归因于气候变暖，而我们知道变暖的根源是什么，那就是人类对化石燃料的使用，"科尔说，"这是我们在更温暖的世界中所将面临挑战的又一警示。"
Q&A
Q1：这项千年珊瑚研究是如何重建ENSO历史温度记录的？
A：研究团队通过分析加拉帕戈斯群岛的化石珊瑚来重建过去千年的海洋表面温度记录。珊瑚每年生长一到两厘米，形成的碳酸钙骨骼会记录当时的水温信息。科学家通过测量骨骼中的锶钙比和氧同位素来还原温度变化，逐毫米采样可获得每年十余个数据点，相当于每月一次的温度日志。死亡珊瑚通过铀-钍测年法精确定年，最终形成跨越约900年的28个时间序列。
Q2：厄尔尼诺强度增加了多少？与历史相比有何不同？
A：研究数据显示，1984年以来的温度变异性比公元1000年至1850年前工业化时期高出36.5%，比1851年至1982年期间也高出16.2%。在加拉帕戈斯群岛，过去高于正常水平一到两摄氏度的厄尔尼诺事件，如今已达到三到四摄氏度。更重要的是，这一变化主要体现在暖相事件强度的增加，且在千年记录中找不到可比先例。
Q3：研究如何证明厄尔尼诺增强与人类活动有关？
A：研究团队将珊瑚记录与多个气候模型模拟结果进行对比。这些模型仅纳入火山、太阳辐射等自然因素，排除温室气体变化。结果显示，在不考虑人类影响的自然气候系统中，几乎不可能产生当前观测到的ENSO强化幅度——珊瑚记录的实际增幅以接近99%的置信水平超出了模型内部自然变率范围，表明当前厄尔尼诺的异常状态与人类活动（尤其是化石燃料使用导致的气候变暖）密切相关。
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