NC：古氣候數據同化揭示過去千年歐洲夏季南旱北澇的成因

干旱是影響歐洲農業、水資源、生態系統和火災風險的重要氣候災害。近幾十年來，歐洲夏季水文氣候呈現出南北干濕分異格局：北歐總體趨于濕潤，而南歐和地中海地區則顯著干旱化。全球變暖通常會增強大氣蒸發需求，提高潛在蒸散發；當降水不足以滿足蒸發需求時，土壤水分虧缺便會持續發展。這個過程可以部分解釋南歐和地中海地區最近的變干趨勢，但這一過程難以解釋同一增溫背景下的北歐變濕。

以往研究對上述現象的解釋仍存在爭議。一方面，較短的儀器觀測氣象資料難以判斷近幾十年的南旱北澇是否超出氣候系統內部變率。延長器測氣象資料的古氣候重建多聚焦單一氣候變量，難以獲得物理一致的多變量（溫度、降水、環流和干旱指數等）氣候場。另一方面，相比于冷季，歐洲夏季環流場更加復雜。冬季北大西洋濤動（North Atlantic Oscillation, NAO）對歐洲氣候變率具有清晰的影響，但夏季NAO對中歐、南歐等區域水文氣候的解釋能力非常有限。另一關鍵驅動因素西風急流，其指標定義和氣候效應也仍存在爭議(Br?nnimann et al., 2025; Xu et al., 2024)。

為厘清這一爭議，比利時法語魯汶大學等多家機構組成的研究團隊利用古氣候數據同化技術，重建了一套逐年分辨率、物理自洽的歐洲過去千年氣候數據集（European Last Millennial Data Assimilation, EULMDA; 1000–2000 CE；Xue et al., 2026)。該數據集融合了5套地球系統模式模擬結果與百余條溫濕敏感樹輪序列，系統重建了歐洲夏季氣溫、降水、大尺度環流及干旱變率。樹輪記錄提供可靠的年際和年代際氣候信息，地球系統模式提供溫度、降水、氣壓和環流之間的物理聯系，所用粒子濾波古氣候數據同化方法則逐年同化出既符合樹輪證據、又物理自洽的氣候狀態。多維度驗證表明 EULMDA 數據集在溫度、降水、帕爾默干旱指數（Palmer Drought Severity Index, PDSI）及大尺度環流重建上均具備良好可靠性（圖1）。

圖1 重建結果驗證。(a–d)重建與ERA5在1940–2000年夏季（JJA）近地表氣溫、降水、海平面氣壓和800 hPa位勢高度異常的相關系數。(e–f)重建的夏季PDSI分別與CRU PDSI和Dai PDSI數據的相關系數。斜線表示通過顯著性檢驗的區域(p < 0.05)

結果表明，過去千年歐洲夏季干旱主要可以分解為兩個空間模態：第一是北歐與地中海相反變化的“南北偶極子模態”，第二是歐洲大部分地區同步變干或變濕的“泛歐洲模態”。前者主要受斯堪的納維亞模態（Scandinavian pattern, SCAND）控制，后者主要與歐洲夏季平均溫度變化有關。第一模態的驅動機制是：當斯堪的納維亞模態處于正位相時，北歐更易受持續性高壓控制，出現降水減少、氣溫升高并趨于干旱，同時風暴路徑南移，使地中海地區相對濕潤；相反，當斯堪的納維亞模態處于負位相時，更有利于形成北歐偏濕、地中海偏干的格局。研究表明，近幾十年的南旱北澇模態與SCAND的負趨勢密切相關(圖2)。?

圖2 斯堪的納維亞模態與歐洲南旱北澇密切相關。（a–b）PDSI對南北偶極子模態和SCAND指數的回歸分布；（c–d）海平面氣壓對南北偶極子模態和SCAND指數的回歸分布。斜線表示統計顯著區域（p < 0.05）

該研究為理解近期歐洲干旱趨勢提供了新的長期背景。從過去千年的長期背景看，近幾十年北歐偏濕、地中海偏干的南北干濕分異尚未超出內部變率可解釋的范圍；換言之，解釋這一區域性偶極格局并不需要假定人為強迫已占主導。但這并不否認增溫對歐洲大范圍干旱風險的增強作用，尤其是與泛歐洲變干模態相關的熱力影響。

主要參考文獻

Br?nnimann S, Franke J, Valler V, et al. Past hydroclimate extremes in Europe driven by Atlantic jet stream and recurrent weather patterns[J]. Nature Geoscience, 2025, 18(3): 246-253.

Xu G, Broadman E, Dorado-Li?án I, et al. Jet stream controls on European climate and agriculture since 1300 ce[J]. Nature, 2024, 634(8034): 600-608.

Xue H, Goosse H, Dalaiden Q, et al. Scandinavian pattern and temperature changes shape European summer droughts over the past millennium[J]. Nature Communications, 2026.

(撰稿：任鵬臻、史鋒/環境演變與碳循環學科中心）