郭正堂等-PPP：亞洲季風軌道尺度變率的動力機制新解釋

在軌道時間尺度上，亞洲季風系統(tǒng)對日照量、全球冰量及大氣溫室氣體濃度等強迫因素敏感響應(yīng)，是理解過去氣候變化動力學的關(guān)鍵。然而，目前學術(shù)界對亞洲季風軌道尺度變率及其動力機制仍存在較大爭議。不同地質(zhì)記錄揭示的周期、幅度和相位特征差異顯著，催生了多種機制解釋。

中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所郭正堂院士等系統(tǒng)梳理了多種類型記錄（黃土、石筍、湖泊和海洋沉積；圖1）所反映的季風變率特征及數(shù)值模擬結(jié)果，提出了“雙路徑(2P)概念模型”（圖2）。該模型不僅能夠調(diào)和不同記錄之間看似矛盾的周期與相位特征，還能合理解釋低緯與高緯氣候信號在季風記錄中的疊加現(xiàn)象，為深入開展季風動力學的數(shù)據(jù)-模式綜合研究提供了一個可供檢驗的新概念框架。

圖1 亞洲陸地季風區(qū)與代表性地質(zhì)記錄分布圖 圖2 軌道尺度亞洲季風雙路徑(2P)概念模型示意圖

模型的核心要點如下：

1. 雙強迫路徑：軌道時間尺度上季風強度變化主要由兩條強迫路徑構(gòu)成——低緯夏季日照量變化直接驅(qū)動的“日照量路徑”(Pins)和冰期-間冰期旋回調(diào)節(jié)的“冰量影響路徑”(Pice)。季風演化包含約10萬年、約4萬年和約2萬年周期，其中前兩者主要受冰蓋控制，后者是低緯夏季日照量與高緯冰蓋約2萬年信號復合的結(jié)果。

2. 快速響應(yīng)：季風環(huán)流(包括季風降水)對兩類驅(qū)動因子均表現(xiàn)為快速響應(yīng)，無明顯滯后。

3. 半球相位關(guān)系：日照量路徑在南北半球幾乎呈反相位關(guān)系；而冰量影響路徑受米蘭科維奇規(guī)律制約，在南北半球大致同相位，二者共同決定了兩半球季風的變率特征。

4. 復合相位：日照量路徑(與歲差極小值同相位)與冰量影響路徑(滯后歲差4.8千年)的權(quán)重競爭，決定了季風的總體相位特征。亞洲季風相對歲差滯后2–3千年，本質(zhì)上是“復合相位”，不代表季風對任一單因子驅(qū)動的真實滯后或超前。

5. 兩極冰蓋不對稱演化的作用：軌道尺度上兩極冰蓋的不對稱演化對北半球季風影響顯著。“南極大冰蓋—北極小冰蓋”情景顯著增強北半球季風，反之則減弱。

從作用機制看，數(shù)值模擬表明，日照量路徑主要通過感熱調(diào)控的海-陸熱力差異起作用；冰量影響路徑可能涉及多種機制，包括大氣持水能力、熱帶海表溫度變化、海平面波動(海岸線距離變化)、大氣二氧化碳濃度以及青藏高原熱力狀況等。

雙路徑(2P)概念模型不僅可解釋亞洲季風的軌道尺度變率，也能解釋非洲季風和南半球季風的諸多特征，對全球季風具有一定的普適性，從而為軌道尺度季風變化的動力機制提供了新解釋，也為融合長期以來存在分歧的代用記錄解釋提供了整合路徑(圖2)。該模型仍需通過瞬變氣候模擬、同位素示蹤模擬及更多區(qū)域記錄集成來加以檢驗和完善，可為亞洲季風軌道尺度動力學研究、多源古氣候代用記錄對比、古氣候模擬及數(shù)據(jù)同化研究提供較清晰的、可檢驗的基本框架。

研究成果應(yīng)邀發(fā)表于Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology創(chuàng)刊60周年鉆石紀念專刊（郭正堂, 史鋒, 譚寧. Orbital-scale Asian monsoon variability and its forcing mechanisms: A new conceptual model[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2026. DOI: 10.1016/j.palaeo.2026.113814 .）研究受國家自然科學基金基礎(chǔ)科學中心項目(42488201)和第二次青藏高原綜合科學考察研究專題(2024QZKK0301)聯(lián)合資助。