几百年来，通过对自然事物的研究，科学家们发现了我们身边大量自然事物存在变化周期，太阳身为地球生态最重要的一环自然也不例外。18世纪后期和19世纪中叶，德国天文学家施瓦布和瑞士天文学家鲁道夫沃夫发现了太阳活动存在周期现象。在20世纪多位天文学家的接力研究下，太阳准11年活动周期已经被学术界内广泛承认，这个规律被人们用来预测空间天气，以及研究地球气候，地质等。

　　图1. 论文中图：太阳黑子数（SSN，红线）和太阳总辐照度（TSI，黑线）的年度时间序列。红色和蓝色虚线

　　随着全球气候问题日益严峻，许多较长时间尺度的相关研究和预测也迅速展开，太阳周期作为影响气候变化的中长期变率因子自然也位列其中。人们已经发现，太阳周期几乎影响着气候的方方面面：在平流层，太阳活动改变平流层温度，臭氧的聚集程度和经向环流；在对流层，它会通过影响急流的位置和强度从而改变北半球和南半球环状模（northern and southern annular modes），它还通过地表气温影响北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation），以及热带和副热带东太平洋海温及降水量。

　　随着人们的深入研究，许多问题浮出水面：太阳周期变化引起的辐照度变化，只占到达地球大气层总辐照度的0.1％，这么微小的变化如何引起许多年际甚至年代际气候因子变化？为此人们形象地提出了“自上而下”（top-down” mechanism）和“自下而上”（bottom-up” mechanism）两个理论。在“自上而下”理论中，太阳的周期变化引起的辐射强迫变化能够改变平流层环流，继而引起Brewer-Dobson环流减弱；而在“自下而上”理论中，周期变化影响的海温变化同样通过海-气相互作用的形式反馈给大气，这两个理论“一唱一和”，共同左右着地球的气候变化。通过将全球海温分成冬夏两个对照组并且对太阳活动做回归分析，研究人员还发现，地球上有几个地方对太阳辐射强迫变化特别敏感，比如：东北太平洋。

　　东北太平洋一直是大气和海洋科学眼中的热点地区：比如这里是太平洋经向模PMM（Pacific Meridional Mode）和ENSO的温床。通过前文我们知道，“自上而下”理论认为太阳的辐射强迫变化能够引起Brewer-Dobson环流减弱，从而导致平流层底部异常升温。这种异常升温能够被传导到对流层上部，使得对流层更加稳定，从而削弱太平洋上空的哈德来环流（Hadley Cell）。在北半球冬季，哈德来环流的下沉支往往位于东北太平洋上空，人们发现，太阳活动和东北太平洋的哈德来环流呈现出明显的负相关关系，也就是太阳越活跃，东北太平洋的哈德来环流就越弱。不仅如此，人们还发现，哈德来环流异常引发的海气效应，可以一路从副热带海区向西南传递到热带中太平洋区域，这些表层海温的冷/暖异常将在赤道中太平洋附近大放异彩：它们引发的一系列大气波列将一路传递，重新回到中纬度地区，进一步削弱/增强哈德来环流，使得其成为一个正反馈。

　　正如我们前面所说，东北太平洋一直是PMM和ENSO的温床，太阳活动在这里留下冷暖异常，竟然惊人的和PMM的海温模态相似。PMM被学术界认为是中部型ENSO事件的调制者，因此人们假设，太阳活动和中部型厄尔尼诺/拉尼娜有很强的关联性。

　　由于PMM在北半球冬春季的季节锁相性，人们将北半球11-5月的PMM指数（PMM index）和中部型ENSO指数（CP indices）和太阳黑子活动指数（SSN）进行了对比，他们惊人的发现PMM极大（小）值和太阳黑子活动极大（小）期正好吻合，而中部型ENSO指数的极大（小）值则相对太阳黑子活动极大（小）期滞后一年，这是因为PMM往往在锁相期过后才能通过副热带海气机制触发ENSO事件。在研究中，62.5％的中部型厄尔尼诺发生在太阳活跃期，47.4％的中部型拉尼娜发生在太阳非活跃期。通过对ENSO以及太阳活动的年代际演变的分析，人们还发现在太阳活动达到极大期的前1-2年会有一次弱的拉尼娜事件发生，而在太阳活动达到极大期后的1-2年则会伴随较强的厄尔尼诺事件。这些统计规律对于ENSO事件的预报具有重要的指示性作用。

　　图3. 论文中图：标准化年度时间序列指标：黑线代表SSN，红线代表DJFMAM CP ENSO，蓝线代表DJFMAM PMM

　　对上述研究进行总结，我们得出这么一个规律，太阳活动先是影响平流层，随后下传到对流层引起哈德来环流异常，环流异常导致的大气活动作用于海洋，海洋反过来再以海温异常形式作用于大气，这对互动以大气波列方式，从东北太平洋出发，传遍整个地球。随着探测手段的多样和科技进步，我们也将对太阳活动和地球气候之间的关系有更深刻的认识。

　　欲了解详情，请参考国际知名期刊Geophysical Research Letters的论文。该文章的第一作者为加州大学欧文分校的Yong-Fu Lin，通讯作者为余进义教授。