The Innovation | 亚洲季风在青藏高原中部晚渐新世至早中新世期间的活动

导 读 

青藏高原，对公众而言，不仅是巍峨的山峰和山脉，还是著名的亚洲水塔。它是长江、黄河、恒河等亚洲诸多大江、大河的发源地，供给着全球近三分之一人口的生活和生产用水，其水的来源可追至亚洲季风的供给。研究表明，新生代以来，青藏高原的隆升，改变了亚洲的地形地貌、大气环流和气候系统，强化了亚洲季风的活动，深刻影响了区域内生物多样性格局变化，这直接关乎整个人类的生存环境和可持续发展。因而，亚洲季风的兴起和变化一直是科学界和区域各国政府的关注热点。通常而言，现代亚洲季风是由东亚季风和南亚季风组成，它们来源不同、发生机制各异。一般认为，东亚季风源于太平洋，受青藏高原抬升导致的动力和热力效应影响；而南亚季风源于印度洋，为典型的热带季风，受热带辐合带（ITCZ）季节性位移变化控制。关于现代亚洲季风的发源时间，科学界主流观点普遍认同了中新世出现的假说，而由于缺乏定量的古气候数据支撑，目前对在中新世之前更早时间出现的假说存有争议。

中科院植物研究所王宇飞团队与中科院古脊椎动物与古人类研究所邓涛团队及中科院地球环境研究所刘晓东团队合作，以青藏高原中部伦坡拉盆地晚渐新统至早中新统地层剖面中的花粉组合对应的植物类群为气候代用指标，应用共存方法重建了当地2600至1600万年前的温度与降水数据（图1）。

图1 花粉组合数据共存方法获得的青藏高原中部2600-1600万年前的温度和降水

左上图示年均温，左下图示年降水，右上图示连续三个最干月降水，右下图示连续三个最湿月降水

同时，团队首次在古季风的研究中引入现代亚洲季风的概念与降水标准，发现在中新世之前青藏高原中部存在着现代意义上的季风气候，并评估了2600至1600万年前的古季风强度变化。基于降水季节性所确定的现代季风定义，夏-冬季降水的差值（AR）>180 mm，且夏季连续三个月降水在全年降水的占比>35%的地区为季风区。研究人员的重建降水数据显示，高原中部2600-1600万年前，AR约240-540 mm，夏季降水在年降水中的占比约40-60%，表明当时该地区属于季风区。

基于重建的古地理边界条件，利用海-气耦合模式模拟的青藏高原及其周边区域2500万年前年降水量及亚洲季风区和干旱区分布结果显示（图2）：当时高原中部的位置远比今天偏南，夏季受到热带辐合带（ITCZ）影响，而冬季则不受其影响，结果造成了当地夏湿冬干的季风气候，解释了古季风发生的物理机制。这一结果说明，除了青藏高原的高度，其地理位置也在区域气候形成中起到至关重要的作用。晚渐新世以来，随着高原的隆升和北移，高原中部今天已由受季风影响区转变为非季风区（图2）。

图2 古地理格局变化解释藏中晚渐新世至早中新世亚洲季风的存因

左图显示青藏高原及其周边现代观测的年降水量分布，右图显示基于古气候模拟获得的2500万年前的年降水量分布。图中蓝色至黄色阴影指示年降水量变化，封闭的白色廓线为青藏高原1500 m等高线，红点指研究点位置

频谱分析揭示该地区当时古季风有135万年和33万年的变化周期，分别对应着地轴倾角的调制周期(~120万年)和地球轨道偏心率的周期(~40万年)变化，体现在季风强度较强的时期，通常地轴倾角的调制周期较高、且轨道偏心率较大，反之亦然（图3）。地轴倾角的调制周期和偏心率周期分别影响了太阳直射点在地球上的位置和地球围绕太阳运行的轨道形状。古季风活动周期和这些周期耦合，暗示百万年尺度上的天文轨道驱动力可能通过影响地球接收的太阳辐射量的变化，调控着季风强度的周期波动。

图3 青藏高原中部2600-1600 万年的亚洲季风强度变化周期

红色竖线指示三条曲线的高值对应出现的情况，蓝色竖线指示低值对应出现的情况

这些发现增进了科学界对亚洲季风在晚渐新世至早中新世期间活动的理解，凸显古地理格局和长期轨道强迫在亚洲季风构造尺度演化中的影响。

● 总结和展望

目前，科学界对于中新世之前亚洲季风的演化多有争议，原因在于对古季风的定义、标准和形成机制认识不一，同时缺乏相应的气候数据支撑。本研究中，科研人员将现代季风的概念和降水指标引入到对古季风的界定与研究中，并用现代热带季风产生的物理机制解释了古季风存在的原因，为理解亚洲季风的早期演化和驱动机制提供了新思路。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00035-7

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第二期将以Report发表的“Bridging the knowledge gap on the evolution of the Asian monsoon during 26-16 Ma” (投稿: 2020-10-14；接收: 2021-04-26；在线刊出: 2021-04-28)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100110

引用格式：Xie G., Li J., Wang S., et al. (2021). Bridging the knowledge gap on the evolution of the Asian monsoon during 26-16 Ma. The Innovation. 2(2),100110.

 作者简介

王宇飞，中国科学院植物研究所研究员、博士生导师。主要研究领域为植物演化生物学，聚焦新生代植物演化与气候变化。

个人网站：http://people.ucas.edu.cn/~wangyufei

邓涛，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所所长，博士、研究员。研究工作聚焦于晚新生代哺乳动物化石、陆相生物地层和气候环境演变；提出“走出西藏”理论，证明第四纪冰期动物群中的众多种类在上新世起源于青藏高原。

个人网站：

http://www.ivpp.cas.cn/sourcedb_ivpp_cas/zw/rck/yjy/200908/t20090811_2364079.html

刘晓东，中国科学院地球环境研究所研究员、博士生导师。主要研究方向为不同时间尺度的亚洲季风和内陆干旱气候变化，青藏高原隆升的气候环境效应，沙尘气溶胶与气候的相互作用。

个人网站：https://publons.com/researcher/2784413/xiaodong-liu/

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