西太平洋暖池冰期旋回中的類ENSO式演化及其驅動機制

　　摘要 作為全球接受太陽輻射最多、表層海水溫度最高的區域，西太平洋暖池區通過厄爾尼諾-南方濤動(El NiñoSouthern Oscillation，ENSO)和季風等過程影響著全球氣候的變化。越來越多的沉積記錄證明，在地質歷史時期西太平洋暖池也存在類似于現代 ENSO 過程的“類 ENSO 式”變化。而目前類 ENSO 式變化與冰期—間冰期旋回之間的響應關系和驅動機制及其與東亞季風的關聯仍存在爭議。本文利用位于暖池核心區的 B10 巖芯浮游有孔蟲氧同位素、 Mg/Ca 和粘土礦物參數重建了暖池區氧同位素 8 期以來的古氣候記錄，并結合已有的熱帶海表溫度記錄、中國石筍氧同位素和南大洋地區海表溫度記錄，研究了西太平洋暖池冰期旋回中類 ENSO 狀態的演化規律及其與東亞季風的關系，并探討了暖池區類 ENSO 演化的驅動機制。結果發現：冰期時，西太平洋暖池區溫躍層變淺，赤道東、西太平洋溫差減小，同時，東亞夏季風減弱，暖池區降水量相對減少，與現代 El Niño 時期氣候態類似;間冰期時，西太平洋暖池區溫躍層加深，赤道東、西太平洋溫差增大，東亞冬夏季風增強，暖池區降水量相對增加，與現代 La Niña 時期氣候態類似。頻譜分析結果表明，西太平洋暖池區海表溫度的變化具有偏心率周期(96ka)。冰消期時，低緯度太陽輻射量的增加，增大了緯向上的 SST 梯度，并使得次表層海水儲存了更多的熱量，積累的熱量會通過調節次表層環流向暖池區的熱傳輸，最終調控赤道太平洋地區 Walker 環流強度和 ENSO 活動的長期變化。而冰期時，南大洋地區降溫所引起的東南信風和大洋環流異常可能對類 ENSO 式起到調控的作用。

　　關鍵詞 西太平洋暖池;厄爾尼諾—南方濤動;東亞季風;溫躍層;太陽輻射量

　　張洋; 徐繼尚; 李廣雪; 劉勇 地學前緣 2021-12-30

　　0 引言

　　西太平洋暖池是全球接受太陽輻射最多、海水加熱最強、向大氣輸送輻射最強的地區，同時也是全球大洋表層海水溫度最高的區域[1, 2]，它以年均 28℃等溫線為界，是大氣圈水汽和熱能的主要來源地[3]。地質歷史時期上，全球氣候呈現旋回性變化的根源也可能與西太平洋暖池地區的大氣環流、洋流、生物過程等密切相關。暖池區通過季風和厄爾尼諾-南方濤動(El Niño-Southern Oscillation， ENSO)等過程影響著全球氣候變化，因此西太平洋暖池被認為是低緯向高緯輸送能量的熱源和氣候變化的“引擎”[4, 5]。作為高緯度氣候的標志，格陵蘭的溫度很大程度上取決于大西洋經向翻轉環流(Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC)[6, 7];而作為熱帶驅動過程的代表，暖池區海表溫度(Sea Surface Temperature，SST)的波動，會通過多尺度的海-氣相互作用導致整個大氣環流的變化，進而對全球氣候產生顯著影響[8]。現代觀測表明，在較短的年際和年代際尺度上，暖池區通過 ENSO 作用對全球氣候產生顯著影響[9, 10]，而越來越多的研究也表明，在地質歷史時期的冰期—間冰期旋回中也存在類似于現代 ENSO 過程的“類 ENSO 式”變化[11, 12]。全新世以及末次間冰期以來的沉積記錄顯示，古氣候中類 ENSO 式的演化與赤道太平洋地區溫躍層水體的溫度(Thermocline Water Temperature，TWT)變化有著密切的耦合關系，并且受到歲差周期的控制[1, 13]。前人通過顆石藻的豐度重建了西太平洋暖池區生產力變化趨勢，結果顯示暖池區生產力在冰期時生產力偏高，氣候特征更類似 La Niña 狀態[14]，而通過有孔蟲氧 Mg/Ca 的記錄則顯示，末次冰盛期時西太平洋暖池區的 SST 下降了 3℃，東太平洋冷舌區的 SST 下降了大約 1.2℃，赤道東、西太平洋的溫度梯度減小，與現代 El Niño 現象類似[15, 16]。因此，地質歷史時期中的氣候變化與 El Niño 和 La Niña 的響應關系還存在分歧。ENSO 過程通過影響赤道太平洋地區東西的熱量輸送從而進一步驅動亞洲季風的變化[17]，同時也是影響中國季風降水區變化的主要因素[18]。但在地質歷史時期，ENSO 對亞洲季風的驅動機制仍存在爭議。

　　本文選取位于西太平洋暖池核心區的 B10 巖芯，利用浮游有孔蟲 Mg/Ca 和粘土礦物等參數重建了暖池核心區晚更新世(氧同位素 8 期，Marine Isotope Stage 8，MIS 8)以來上部水體的溫度變化以及東亞季風的演化趨勢，結合已有的海表溫度數據和頻譜分析，計算赤道東西太平洋海表溫差并研究上部水體的周期性變化規律，系統分析古氣候中類 ENSO 式變化與冰期—間冰期旋回之間的對應關系，進一步探討類 ENSO 式變化的驅動機制及其對東亞季風的響應，并深入認識類 ENSO 式變化在古氣候波動中的重要作用。

　　1 研究區概況 1.1 研究區地理位置

　　本文研究區位于西太平洋暖池核心區(4.73°—8.10°N、 136.64°—141.17°E)，處于太平洋板塊、菲律賓板塊與加洛林板塊的交界處，西北側是雅浦海溝，東側為西加洛林海嶺，東北側為馬里亞納海溝，南側為新幾內亞島(圖 1)，是一個典型的島弧-海溝-弧后盆地系統的俯沖型大陸邊界[19, 20]。研究區水深范圍為 116~8198m，平均水深 3934m，最深的地帶為西北部的雅浦海溝。碳酸鹽補償深度(carbonate compensation depth，CCD)最淺的區域為東北部的西加洛林海隆及其南部區域。水深的整體變化趨勢為南深北淺，西深東淺，在西加洛林海盆中間地帶還貫穿了一條東西向的西加洛林海槽，平均水深在 4500m(圖 2)。

　　1.2 研究區氣候特征

　　研究區位于暖池的核心地帶，表層海水溫度常年處于 28℃以上，高溫多雨，無明顯的季節變化，為典型的熱帶海洋氣候，主要受日照輻射量變化和赤道低壓帶的季節變動進而影響海氣變化[22]。同時，暖池區氣候也和熱帶輻合帶(ITCZ)密切相關(圖 1a)。ITCZ 是赤道西風與偏東風信風的輻合區，在赤道上空形成了一道狹長的云帶、降雨頻繁，大量的降雨主宰著暖池區的水溫循環過程[23]。當 ITCZ 移動或者范圍發生變化時，暖池區位置和面積也會相應的變化。在夏季北半球時(6~9 月份)，ITCZ 攜同東南信風向印度尼西亞海域和東亞北移，此時熱帶西太平洋降雨量達到最大，年降雨量在 3000mm~5000mm 之間。當北半球冬季時(1~3 月份)，風向發生反轉，暖池區盛行西北風， ITCZ 南移。上述季風變化的同時也會影響著暖池區海表溫度和鹽度的變化[24]。

　　ENSO (El Niño-Southern Oscillation)對研究區的氣候也起到重要的調控作用，它是發生于赤道東太平洋地區的風場和海面溫度震蕩，是低緯度的海-氣相互作用現象，在海洋方面表現為厄爾尼諾-拉尼娜的轉變，在大氣方面表現為南方濤動。ENSO 具有 2-7 年的準周期，存在中性、暖性(正)和冷性(負)3 個相位。中性相位的 ENSO 代表著氣候的平均態，標志為赤道東太平洋“冷舌”;當 ENSO 處于正相位期時，哈得利環流增強、沃克環流減弱、赤道太平洋信風減弱、溫躍層深度增加、海平面溫度異常升高。當 ENSO 處于負相位時，各項特征變化相反。

　　1.3 研究區洋流特征

　　西太平洋暖池區是許多重要水團、洋流匯聚的地區。研究區附近的主要洋流如圖 1 所示，主要包括赤道流和西太平洋的邊界流[25]。影響研究區的表層流主要包括北赤道流(NEC)、棉蘭老流(MC)(圖 1)。在東北信風的作用下，北赤道流在 10~20°N 區域由東太平洋向西太平洋流動，到達菲律賓群島后由于受到阻隔，分成為兩支，一支向北流動形成黑潮，另一支向南流動形成棉蘭老流[26]。棉蘭老流與南部新幾內亞近岸流(NGCC)和北赤道逆流(NECC)匯集影響到研究區并形成環流體系。呂宋底流(LUC)發源于呂宋島，在向南流動的過程中與北向的棉蘭底流相遇，并向東匯入北赤道底流以此影響到研究區。南北向流動的北太平洋底層水(NPDW)與繞極地底層水匯集流向加洛林海盆，進而影響到研究區。綜上所述，研究區附近的流系和水團十分多樣復雜，對此區域海洋流系的研究對于沉積物輸運沉積有著重要意義。

　　2 研究材料與方法 2.1 研究材料

　　本研究所使用的材料依托于全球變化與海氣相互作用專項-西太平洋 PAC-CJ15 區塊海底底質和底棲生物調查(GASI-02-PAC-CJ15)于 2017 年 4 月至 6 月取回沉積物樣品。本文選取位于索羅爾海槽與西加洛林海隆南部的 B10 巖芯(7°40.6′，139°59.9′E，2950.8m)(圖 1c)進行測試分析。

　　2.2 研究方法 2.2.1 浮游有孔蟲穩定氧同位素測試

　　本文選取了浮游有孔蟲的表層種 Globigerinoides. ruber 和次表層種 Pulleniatina. obliquiloculata 進行測試分析。樣品前處理方法：以 2cm 間隔取樣，將樣品置于已稱重的燒杯中，經 60℃恒溫烘干后，稱取 10.0g 干樣，然后置于 500ml 燒杯中，加入 10%的 H2O2 溶液浸泡使樣品充分分散并去除有機質;使用孔徑為 0.063mm 的標準篩進行沖洗;最后再將篩上部分收集經 60℃烘干以備鏡下鑒定。若樣品中所含的沉積物顆粒較多，則使用 CCl4 重液對樣品進行浮選，將底樣置于顯微鏡下檢查，保證不致遺漏有孔蟲殼體。上機測試：測試在同濟大學海洋地質國家重點實驗室進行。向樣品中加入 99.7%的無水酒精，在振蕩頻率為 40kHz 的超聲波清洗器(Branson 200)中清洗，每次處理約 10~15 秒鐘，倒去濁液后，將樣品置于 60℃烘箱中烘烤 5 個小時。實驗室采用的是氣體穩定同位素比質譜儀 MAT253，并利用國際標樣 NBS19 跟蹤標定法矯正檢測數據，標準偏差：δ13C 0.04‰，δ18O 0.07‰。

　　2.2.2 浮游有孔蟲 Mg/Ca 測試

　　挑 選 250-350μm 的浮游有孔蟲表層種 Globigerinoides. ruber 和次表層種 Pulleniatina. obliquiloculata 殼體 50-60 枚放入離心管中，保證所挑選的殼體表面光潔、無明顯污染或破損、房室結構完整。在顯微鏡下將有孔蟲壓碎，至每個房室碎開即可。參照 Dang 等[27]的流程進行前處理。有孔蟲 Mg/Ca 測試的工作在同濟大學海洋地質國家重點實驗室利用電感耦合等離子體質譜儀(ICPMS)完成。為了保證數據質量，加入了 15 個平行樣品。G. ruber 和 P. obliquiloculata 的 Mn/Ca 比值不超過 0.35mmol/mol，說明富 Mn 氧化物的清洗效果較好。 Hollstein 等(2017)根據西太平洋暖池區的表層沉積物建立了多個屬種有孔蟲殼體 Mg/Ca 溫度關系式[28]。本文根據其結果，選取 Mg/Ca=0.26exp0.097*T 作為表層屬種 G. ruber 殼體的 Mg/Ca 校正公式，重建了晚更新世以來表層海水溫度的變化;選取 Mg/Ca=0.21exp0.097*T 作為次表層屬種 P. obliquiloculata 殼體的 Mg/Ca 校正公式，重建了氧同位素 8 期以來次表層海水溫度的變化。

　　2.2.3 粘土礦物測試

　　以 5cm 間隔取樣，將 2~3g 沉積物樣品置于離心瓶中加入 15ml15%的過氧化氫(H2O2)溶液 60℃水浴 2~3 小時，以充分去除沉積物中有機質，隨后加入 10ml 25%醋酸溶液 60℃水浴 2~3 小時，充分去除沉積物中的鈣質生物。去除雜質后向沉積物中加入蒸餾水離心清洗兩遍(離心機參數為：轉速 3500r/min，時間為 10min)，之后向離心瓶中加入 0.05g 六偏磷酸鈉并超聲使樣品充分分散，加入蒸餾水使液面達到離心瓶 7cm 處后進行加速離心提取(離心機參數為：轉速 800r/min，時間為 4min)，離心完畢后，將上層樣品小心倒入另一離心瓶中(注意千萬不能將底部粗顆粒的沉淀物倒出)，加入 0.05g 氯化鈣，然后懸浮液經離心(轉速 3000r/min，時間 10min)及超聲分散，制成自然風干的定向片，并使用同一定向片作乙二醇飽和片(EG 片 69℃12h)。粘土礦物 X 射線衍射(XRD)測試分析在中國科學院海洋研究所海洋地質與環境重點實驗室完成，儀器型號為德國布魯克公司 D8 AdvanceX 射線衍射儀，測試電壓 40kV，電流 40mA，步長 0.02°，步頻 0.5s/step。

　　2.2.4 年齡模式

　　B10 巖芯的年齡模式依據 3 個有孔蟲殼體(G. ruber)AMS14C 和與 LR04 全球底棲氧同位素整合曲線[29]進行對比綜合得到。將曲線變化趨勢相似、變幅較大的轉折點作為年齡控制點(表 1)。運用線性內插和外延發計算得到相對應的年齡值。

　　通過與 LR04 曲線的對比，B10 巖芯底部年齡大約到 28.7 萬年，并可以明顯識別出全新世、末次間冰期(MIS5e)、末次冰期(圖 2a)等。從沉積速率可以看出，冰期的沉積速率相對較高，而間冰期沉積速率較低(圖 2b)。

　　3 結果與討論 3.1 西太平洋暖池區上部水體溫度與粘土礦物變化規律

　　MIS8 期以來，SST 和 TWT 均呈現出冰期—間冰期旋回的特征。MIS8 期時，經歷一段快速下降的時期，隨后趨于平穩，但有兩次明顯的小幅度波動，波動幅度不超過 2℃;MIS7 和 6 期時，TWT較 SST 波動更為頻繁，且在 MIS6 中期時達到一個相對的較低水平;進入 MIS5 期，溫度呈現一個顯著上升的趨勢，大約在 125ka(末次間冰期 MIS5e)左右達到高值，隨后溫度逐漸下降;MIS4 和 3 期以來，SST 變化相對較為平穩，在 MIS3 晚期出現了一次明顯的升溫，而 TWT 較 SST 波動更為明顯;MIS2 和 MIS1(全新世)以來，二者均呈現出持續上升趨勢，且均在中全新世時達到峰值。 B10 柱狀樣粘土礦物主要以蒙脫石和伊利石為主，高嶺石和綠泥石含量偏低(圖 3)。其中，蒙脫石平均達到 54%(圖 3c)，伊利石為 31%(圖 3d)，并且伊利石變化趨勢與蒙脫石相反，高嶺石和綠泥石含量分別為 6%(圖 3e)和 9%(圖 3f)。整體來看，間冰期時蒙脫石和高嶺石較冰期時較高，而伊利石的含量則是在冰期時相對較高。幾種粘土礦物變化趨勢也具有冰期—間冰期旋回的特征。

　　3.2 冰期旋回中的類 ENSO 式變化及其和東亞季風的關系

　　熱帶西太平洋的古 ENSO 記錄顯示，東亞季風同樣對 ENSO 也有著的響應，且兩者之間的關系十分復雜[17, 30]。粘土礦物作為指示季風的重要指標在識別暖池區沉積物源區及沉積環境方面有著十分重要的作用。但是，要厘清兩者之間的關系，首先要識別暖池區粘土礦物的來源。前人的研究認為，晚第四紀以來暖池區的碎屑沉積物可能主要與附近的火山巖侵蝕密切相關。同時，東亞冬季風帶來的亞洲大陸風塵沉積對暖池區物源也有一定的貢獻[31, 32]。蒙脫石通常被認為與火山活動密切相關，但由于受到黑潮、北赤道流的阻塞作用，導致呂宋島、印度尼西亞等地區對暖池區蒙脫石含量的貢獻可以忽略不記[33]。通過三端元模式圖我們可以發現，B10 巖芯的粘土礦物組成與新幾內亞島更為相似(圖 4a)，這可能是由于研究區受新幾內亞沿岸流和東亞夏季風的影響，使得更多的粘土礦物由新幾內亞島向暖池區輸運(圖 4b)。研究發現，呂宋島主要河流的伊利石含量僅有 2%[34]，所以可能對研究區伊利石的貢獻有限。然而，受到東亞冬季風的影響，富伊利石的中國黃土(含量約為 70%)可能會通過風塵輸運影響研究區的伊利石含量變化[35, 36](圖 4)。Yu 等(2016)根據蒙脫石/(伊利石+綠泥石)和伊利石/蒙脫石比值重建了 2.36Ma 以來東亞季風的演化歷史并探討了 ENSO 驅動下的東亞夏季風對降水的影響[37]，他們發現二者與東亞季風的演化有著良好的對應關系。因此，我們利用粘土礦物參數作為指示東亞季風變化的替代性指標[38]。

　　我們選取了位于赤道東太平洋冷舌區的 TR163-19 站位與 B10 站位進行 ΔSST 差值計算(Zonal SST gradient)(圖 5a)，并與暖池區溫躍層變化(B10 SST-TWT, ΔT)(圖 5b)、B10 粘土礦物參數(圖 5c、d)和石筍氧同位素記錄(圖 5e)進行對比，進一步探討類 ENSO 式變化及其和東亞季風的響應關系。

　　MIS8 期時，東西太平洋溫差 ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值減小，伊利石/蒙脫石比值增加，說明東亞夏季風減弱，暖池核心區降水減少，暖池區溫躍層變淺(ΔT 增大);MIS7 期時，ΔSST 增加，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值整體呈現增加趨勢，伊利石/蒙脫石比值減少，說明東亞夏季風增強，暖池核心區降水量增加，溫躍層加深(ΔT 減小);MIS6 期時，ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現下降趨勢，伊利石/蒙脫石比值增加，東亞夏季風減弱，暖池核心區降水量減少，溫躍層變淺;MIS5 期時，ΔSST 增大，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現逐漸增加趨勢，伊利石 /蒙脫石比值減小，說明東亞夏季風增強，暖池核心區降水減少，溫躍層加深; MIS4~MIS2 早期(末次冰期)時，ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現下降趨勢，伊利石/蒙脫石比值增加，東亞夏季風減弱，暖池核心區降水量減少，溫躍層變淺;MIS2 中期~MIS1 期(全新世)時，ΔSST 增加，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值整體呈現增加趨勢，伊利石/蒙脫石比值減少，說明東亞夏季風增強，暖池核心區降水量增加，溫躍層加深。來自中國洞穴石筍的氧同位素記錄(圖 5e)指示了亞洲季風和全球氣候的變化[48]。對比結果顯示，間冰期時石筍氧同位素值更加負偏，說明此時降水量增加，東亞夏季風增強，而冰期時則處于相反的狀態。綜上所述，冰期時(MIS8、6 和 4~2 期)，西太平洋暖池區可能處于類似現代 El Niño 的氣候狀態，此時，東亞夏季風減弱，冬季風增強，暖池區降水量相對減少，溫躍層變淺;間冰期時(MIS7、5 和全新世)則處于相反的狀態，氣候狀態更類似于現代 La Niña 的氣候模式，東亞冬季風增強，夏季風減弱，暖池區降水量相對增加，溫躍層加深。

　　3.3 類 ENSO 式變化的驅動機制

　　現代觀測結果顯示西太平洋暖池區次表層水溫的異常并沿赤道溫躍層的東移是現代 El Niño 發生的主要原因之一[5]。數值模擬結果發現當全球氣候較為溫暖時有利于提升大西洋向太平洋的水汽輸送，此時 ENSO 變化的強度和發生頻率都會顯著提高[49, 50]。然而，近來的研究表明，單一的驅動機制難以解釋 ENSO 的復雜性[51]。在地質歷史時期中，作為熱帶過程代表的 ENSO 變化可能受到太陽輻射量(地球軌道參數)[52]、熱帶太平洋平均氣候態[53]、全球均溫[54]甚至火山活動[55]等多因素的影響和驅動，其中太陽輻射量的變化可能起到決定性作用。因此，本文著重探討太陽輻射量的變化在古氣候中對 ENSO 的影響。

　　頻譜分析結果發現，暖池區 SST 具有明顯的接近 10 萬年的偏心率周期(96ka)，(圖 6)，說明暖池區上部水體的溫度可能受到太陽輻射量變化的影響，對比發現全球太陽輻射量的變化與赤道地區的溫度記錄也存在比較好的對應關系(圖 7)。西太平洋暖池區的表層水體主要源自熱帶過程，因此我們認為暖池區 SST 的偏心率周期信號可能受赤道太平洋地區太陽輻射量的變化所直接控制。冰期向間冰期過渡時期，低緯度太陽輻射量的增加導致熱帶地區 SST 上升(圖 7a、b、c、d)，增大了緯向上的 SST 梯度(圖 7a)，緯向 SST 梯度的增大則會加強海洋上方的風場強度，使得次表層海水儲存了更多的熱量[56]，積累在次表層的熱量會通過調節次表層環流向暖池區的熱傳輸，最終調控赤道太平洋地區 Walker 環流強度和 ENSO 活動的長期變化[13]。同時，表層水體與海洋上方空氣的熱交換，會影響 ITCZ 的南北移動，而 ITCZ 的移動則會影響亞洲季風的強弱[57, 58]。與熱帶西太平洋不同的是，赤道東太平洋的表層水主要來源于其南北兩側的中高緯度環流，因而主要記錄了高緯度信號[59]。通過對比我們發現，南大洋地區(MD97-2120)SST 與赤道東太平洋地區的 SST 記錄有著比較好的對應關系(圖 7d、e)[60]。當由冰期向間冰期過渡時，南大洋區域的冷異常會導致東南信風的增強，加強的東南信風進一步使熱量向赤道地區傳播。同時，東南信風的增強也使副熱帶—熱帶環流得以加強，從而導致赤道上升流的加強，進一步促進了熱帶低緯地區的 SST 降低[61]。這一過程也可能對 ENSO 變化起到一定的調控作用。

　　4 結論

　　本文利用西太平洋暖池核心區 B10 巖芯浮游有孔蟲 G. ruber 和 P. obliquiloculata 的 Mg/Ca 和粘土礦物記錄，重建了晚更新世(287ka)以來暖池區上部水體溫度和東亞季風的演化，通過頻譜分析及與其他指標的對比得到了以下結論：

　　(1)冰期時，西太平洋暖池區溫躍層變淺，赤道東、西太平洋溫差減小，暖池區氣候處于類似現代 El Niño 的狀態;而間冰期時，西太平洋暖池區溫躍層加深，赤道東、西太平洋溫差增大，暖池區氣候與現代 La Niña 狀態相似。

　　(2)冰期時，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值減小，伊利石/蒙脫石比值增加，說明此時東亞夏季風減弱，暖池核心區降水相對減少;而間冰期時，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值增加，伊利石/蒙脫石比值減少，說明此時東亞夏季風增強，暖池核心區降水量增加。

　　(3)頻譜分析結果顯示，西太平洋暖池區 SST 存在偏心率周期，說明太陽輻射量的變化可能驅動了赤道太平洋地區的海氣耦合過程(即類 ENSO 式變化)。冰消期時，低緯度太陽輻射量的增加，增大了緯向上的 SST 梯度，并使得次表層海水儲存了更多的熱量，積累的熱量會通過調節次表層環流向暖池區的熱傳輸，最終調控赤道太平洋地區 Walker 環流強度和 ENSO 活動的長期變化。冰期時，南大洋地區降溫所引起的東南信風和大洋環流異常可能對類 ENSO 式變化起到一定的調控作用。