古季風中的“南山南”：你在南方淫雨霏霏，我在北方豔陽高照

1.

“南澇北旱”或者“北澇南旱”你注意到沒有？

“你在南方的豔陽裡大雪紛飛，我在北方的寒夜裡四季如春”

在那首唱哭很多人的民謠歌曲《南山南》裡，歌者淺吟低唱，悵惘而惶惑，南北千里的空間相隔，隔閡了兩個飄零的人，冷暖的對比，既道出了心的冷暖與寂寥，也反映了真實的氣候差異。

除了溫度，降水的南北差異也很明顯，南方江南水鄉，北方大漠草原。而當發生降水異常的時候，例如當我國長江流域降水偏多的時候，華北地區往往會降水偏少，反過來，當長江流域降水偏少的時候，華北地區往往降水偏多，這就是著名的“南澇北旱”或者“北澇南旱”的降水異常模態。這種現象在上世紀30年代已經被氣象學家注意到，著名氣象學家、地理學家和教育學家竺可楨先生1934年在《地理學報》創刊第1期上發表文章《東南季風與中國之雨量》，文章中指出：“夏季季風帶來水汽是中國雨澤的主要來源。當夏季東南季風強盛時，長江流域主旱，華北偏澇；當東南季風不強時，長江流域主澇而華北偏旱。”

事實上，長江流域與華北南北反相的降水分佈，是我國夏季降水變化的第一模態，夏季，在季風北進的過程中，如果季風強勁，往往在我國南方地區一掃而過，雨帶直接北推到華北地區，導致這一地區降水偏多；反之，當季風較弱時，則雨帶會在長江流域滯留較長時間，導致梅雨期偏長，使得這一地區降水偏多，容易引發洪澇。如果考慮華南地區，則構成從南到北三極分佈，常呈現從南到北“+-+”或者“-+-”的降水異常形態。

圖1

。我國東部地區的降水主模態呈現從南向北“偏少-偏多-偏少（- + -）”的三極模態，華北和長江流域降水異常常為反相變化，即“南澇北旱”或者“北澇南旱”，圖片來自於Zhanget al （2018）

以上結論主要基於現代的氣象觀測資料，基於對我國南北地區降水異常相關關係的分析，關於這種關係的討論，已經有了不少的研究，可以參考黃榮輝等的相關文章［1， 2］，而利用南北反相關係討論古氣候中的季風謎題，例如，為什麼北大西洋地區冷期的時候，我國中東部地區偏溼？最近中國地質大學生物地質與環境地質國家重點實驗室的謝樹成、張宏斌等與威廉帕特森大學環境科學系Michael L。 Griffiths、加州大學伯克利分校伯克利大氣科學中心與地理系JohnC。 H。 Chiang等在Science上發表研究文章［3］，將東亞夏季風的變化與末次冰消期聯絡起來，並開展數值模擬，解釋了東亞季風強弱與我國中東部降水多寡的關係，揭示了其中的機制。

2.

“將今論古”—古氣候中的東亞夏季風

對於古氣候的瞭解，由於缺乏實際的觀測資料，主要依靠各種代用資料，例如冰芯、海洋沉積、樹木年輪、地層中的生物化石、植物孢粉、古文獻資料等，在我國，黃土沉積和洞穴石筍也是非常有特色的代用資料，過去幾十年，我國科學家在這一領域有不少精彩的研究成果。最近的研究將中國洞穴代用資料延伸到了大約640000年前，並將東亞夏季風與冰消期聯絡起來。

這篇文章利用在湖北豪豬洞兩個石筍的反演資料，資料的長度延伸到整個末次冰消期（大約1-2。1萬年前），包含有著名的海因裡希事件（Heinrich Event 1，H1）、新仙女木事件，以及Blling-Allerd增暖事件（簡稱BA事件，~1。46萬年）等。

在古氣候領域，由於其準確的時間標度，洞穴沉積物中檢測到的氧18同位素與氧16同位素的比值是反演季風變化的有力工具。但是關於氧同位素到底代表了什麼，學界一直存在巨大的爭議。有些學者認為它反映了洞穴所在地的降水多少；另有一些學者認為其與局地降水量無關，反映的是大尺度亞洲季風環流的變化。張宏斌等的一個重要貢獻是找到了獨立的“第三方證人”。他們利用同一個洞穴中的其他多種微量元素（Mg2+、Sr2+、Ba2+等）記錄構建了新的代用資料，新資料反映了溶洞裡滲透進來的水的多少，可以嚴格反映局地降水量的變化。令人驚訝的是，新資料表明，氧同位素代用資料指向的弱季風時期，該地降水反而偏多，反之亦然（即上文提到的中國中東部局地降水量與季風強度反向變化）。

當海因裡希

（

Heinrich）事件發生時，大量淡水注入北大西洋，引起北大西洋經圈翻轉環流（AMOC）減弱，導致一段冷期的出現，此時我國石筍中氧18含量偏高，意味著這一時期我國夏季風偏弱，然而資料揭示這一地區偏溼降水偏多。資料也揭示在末次盛冰期（LGM，約1。9萬年前），我國中部地區降水偏多。一般而言，當全球溫度偏低的時候，我國東部地區的夏季的偏南季風偏弱，“全球冷期—弱季風—偏多降水”的鏈條到底是如何打通的？包含了什麼機理？

瞭解古氣候的一個重要思路是“將今論古”，考察現在氣候的特徵和規律，反推古代的特徵和規律。東亞夏季風具有顯著的季節迴圈。如圖2所示，東亞夏季風降水存在季節內時空變化特徵。春季，雨帶主要位於我國華南，並一直維持到6月中旬，被稱為華南前汛期。隨後雨帶北移至我國中東部地區，梅雨開始。到7月中旬，雨帶再次北跳，華北雨季開始並持續到8月中旬。也就是說，東亞夏季風有著複雜的時空演變，很難界定其強度的變化。

圖2

。我國夏季雨帶的南北移動，6月前的華南前汛期時，我國雨帶在華南為主，梅雨期之後，雨帶北跳到長江流域，7月底之後，雨帶抬到華北到東北，8月中旬以後，雨帶南撤，圖片來自於Zhang et al （2018）

為了解決上述不確定性，本期Sciences雜誌上，Zhang等利用我國中東部地區石筍記錄提出了新的東亞夏季風變化的證據，透過多套代用資料的交叉比對，作者發現：在冰消期，大量海冰融化，北大西洋經圈翻轉環流減弱，北大西洋處於冷位相。此時，東亞夏季風減弱，而我國中東部地區變溼，而華北變幹。透過數值模式敏感性試驗將1。0Sv（1Sv = 106 m3 s1）的淡水注入到北大西洋來模擬冰消期北大西洋冷位相的狀況。在這種氣候背景下，東亞出現南風異常，即東亞夏季風環流減弱。而在盛夏7、8月期間，我國中東部地區降水增多，北方降水減少（圖3b）。這一結果支援了代用資料的證據。但上述結論似乎存在著矛盾，東亞夏季風減弱為何我國中東部反而變溼？

3.

西風帶南北移動影響夏季風與東亞降水的關係

作者指出西風帶南北移動的理論來解釋這一矛盾。首先，中東部地區降水增多而北方地區季風降水減少的主要原因是梅雨期的延長而華北雨季縮短。另一方面，而西風急流的南北移動則調節了梅雨期的長短。當西風急流加強並向南偏移時，季風雨帶北移推遲，梅雨期偏長，中東部地區降水增多。同時西風急流的增強使得季風環流向北的水汽輸送減弱，華北地區水汽匱乏變幹。

圖3

。當高緯度地區出現降溫事件時（例如海因裡希事件、新仙女木事件等），南北的溫度梯度增強，中緯度西風急流（紅色箭頭）位置偏南，導致東亞季風雨帶在中國中東部停留時間增加，而華北汛期滯後，對應中東部降水增加，而華北降水減少。

冰消期引起的北大西洋冷位相使得整個北半球溫度偏冷，造成由赤道向北極的經向溫度梯度增大，從而加強了中緯度西風急流。數值試驗的結果印證上述理論。如圖3所示，在冰消期，整個北半球都變冷，而西風急流加強，東亞沿岸出現南風異常，使得東亞夏季風減弱，但我國季風期降水出現中東部偏多而北方偏少的分佈。

圖4

。透過往北大西洋注入淡水實驗，來模擬北大西洋來模擬冰消期北大西洋冷位相的環流狀況，反應模式中冰消期我國夏季風環流（A）、雨帶（B）、200hPa緯向西風（C）和近地面溫度（D）的異常變化。

4.

鑑古知今知未來—對我國現代降水格局的指示意義

本文結論表明：在冰消期，北大西洋與東亞地區氣候存在顯著關聯。透過增加北半球經向溫度梯度以及西風帶加強並向南移動，有利於南方降水增多而北方降水減少。本文的結論表明不同氣候背景下東亞水汽存在再分配，這對未來我國降水格局的預測提供新的思路。

我國自1970s以來一直維持著“南澇北旱”的格局，我國北方長期偏旱，而南方長江流域降水偏多，這發生在全球氣候變暖的背景之上的，似乎與本文結論並不完全符合，這表明全球區域氣候變化的複雜性。考察在持續全球變暖背景下，未來如何變化？目前有兩種不同的看法，一種認為全球變暖會導致“溼更溼幹更幹”，從而導致溼潤區降水更多，而乾旱區益發乾旱，但是另外一種觀點認為未來我國會出現“北澇南旱”的變化。如果把以上的結論與最新這篇關於古氣候的研究結合起來一起考慮，應該會有新的認識，這有待更準確的關於未來預估的研究。

參考文獻：

［1］ 黃榮輝， 陳際龍， 劉永。 我國東部夏季降水異常主模態的年代際變化及其與東亞水汽輸送的關係。 大氣科學， 2011， 35： 589-606

［2］ 黃榮輝， 顧雷， 徐予紅， et al。 東亞夏季風爆發和北進的年際變化特徵及其與熱帶西太平洋熱狀態的關係。 大氣科學， 2005， 20-36

［3］ Zhang H， Griffiths ML， Chiang JCH， et al。 East asian hydroclimate modulated by the position of the westerlies during termination i。 Sciences， 2018， 362： 580-583