NC：古气候数据同化揭示过去千年欧洲夏季南旱北涝的成因

干旱是影响欧洲农业、水资源、生态系统和火灾风险的重要气候灾害。近几十年来，欧洲夏季水文气候呈现出南北干湿分异格局：北欧总体趋于湿润，而南欧和地中海地区则显著干旱化。全球变暖通常会增强大气蒸发需求，提高潜在蒸散发；当降水不足以满足蒸发需求时，土壤水分亏缺便会持续发展。这个过程可以部分解释南欧和地中海地区最近的变干趋势，但这一过程难以解释同一增温背景下的北欧变湿。

以往研究对上述现象的解释仍存在争议。一方面，较短的仪器观测气象资料难以判断近几十年的南旱北涝是否超出气候系统内部变率。延长器测气象资料的古气候重建多聚焦单一气候变量，难以获得物理一致的多变量（温度、降水、环流和干旱指数等）气候场。另一方面，相比于冷季，欧洲夏季环流场更加复杂。冬季北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）对欧洲气候变率具有清晰的影响，但夏季NAO对中欧、南欧等区域水文气候的解释能力非常有限。另一关键驱动因素西风急流，其指标定义和气候效应也仍存在争议(Brönnimann et al., 2025; Xu et al., 2024)。

为厘清这一争议，比利时法语鲁汶大学等多家机构组成的研究团队利用古气候数据同化技术，重建了一套逐年分辨率、物理自洽的欧洲过去千年气候数据集（European Last Millennial Data Assimilation, EULMDA; 1000–2000 CE；Xue et al., 2026)。该数据集融合了5套地球系统模式模拟结果与百余条温湿敏感树轮序列，系统重建了欧洲夏季气温、降水、大尺度环流及干旱变率。树轮记录提供可靠的年际和年代际气候信息，地球系统模式提供温度、降水、气压和环流之间的物理联系，所用粒子滤波古气候数据同化方法则逐年同化出既符合树轮证据、又物理自洽的气候状态。多维度验证表明 EULMDA 数据集在温度、降水、帕尔默干旱指数（Palmer Drought Severity Index, PDSI）及大尺度环流重建上均具备良好可靠性（图1）。

图1 重建结果验证。(a–d)重建与ERA5在1940–2000年夏季（JJA）近地表气温、降水、海平面气压和800 hPa位势高度异常的相关系数。(e–f)重建的夏季PDSI分别与CRU PDSI和Dai PDSI数据的相关系数。斜线表示通过显著性检验的区域(p < 0.05)

结果表明，过去千年欧洲夏季干旱主要可以分解为两个空间模态：第一是北欧与地中海相反变化的“南北偶极子模态”，第二是欧洲大部分地区同步变干或变湿的“泛欧洲模态”。前者主要受斯堪的纳维亚模态（Scandinavian pattern, SCAND）控制，后者主要与欧洲夏季平均温度变化有关。第一模态的驱动机制是：当斯堪的纳维亚模态处于正位相时，北欧更易受持续性高压控制，出现降水减少、气温升高并趋于干旱，同时风暴路径南移，使地中海地区相对湿润；相反，当斯堪的纳维亚模态处于负位相时，更有利于形成北欧偏湿、地中海偏干的格局。研究表明，近几十年的南旱北涝模态与SCAND的负趋势密切相关(图2)。‍

图2 斯堪的纳维亚模态与欧洲南旱北涝密切相关。（a–b）PDSI对南北偶极子模态和SCAND指数的回归分布；（c–d）海平面气压对南北偶极子模态和SCAND指数的回归分布。斜线表示统计显著区域（p < 0.05）

该研究为理解近期欧洲干旱趋势提供了新的长期背景。从过去千年的长期背景看，近几十年北欧偏湿、地中海偏干的南北干湿分异尚未超出内部变率可解释的范围；换言之，解释这一区域性偶极格局并不需要假定人为强迫已占主导。但这并不否认增温对欧洲大范围干旱风险的增强作用，尤其是与泛欧洲变干模态相关的热力影响。

主要参考文献

Brönnimann 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-Liñán 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：任鹏臻、史锋/环境演变与碳循环学科中心）