南亚季风是全球季风系统重要组成部分，是连接印度洋和亚洲大陆的重要水热输送带，季风带来的降水直接影响亚洲10多亿人口的生产生活。已有气候模式模拟表明，21世纪在全球持续百年增温情景下，快速增加的温室气体会加强南印度洋向南亚季风区的水汽输送，导致南亚降水的增加，而古气候代用记录可以为理解该地区这一降水变化机制提供历史参照。
深海沉积物沉积时间长且连续，蕴含丰富的物源、生物等信息，是研究古气候变化的重要载体。为了研究南亚季风变化过程和驱动机制，美国布朗大学的Clemens教授团队对孟加拉湾深海沉积物钻孔（U1446）中多种古气候指标进行了分析，重建了900 ka以来的南亚季风区的降水变化，结合气候模拟结果，揭示了南亚季风区降水的驱动机制，为未来南亚季风变化提供了历史相似型。该成果近日在Science Advances上发表（Clemens et al., 2021）。
作者利用现代南亚降水、径流与孟加拉湾海表盐度的联系，解释了南亚降水量与钻孔U1446中代用记录的关系：南亚季风携带的降水由径流注入孟加拉湾，控制海表盐度和层结，而这一变化会记录在钻孔中的浮游生物壳体δ18O和沉积物Rb/Ca等指标中，因此可利用孟加拉湾海底沉积物中的古气候指标重建南亚季风降水强度的变化。
文章通过14C测年和对比LR04的年代标尺建立钻孔U1466的年代框架（图1），并借助钻孔中浮游生物壳体δ18O和沉积物Rb/Ca等指标重建南亚季风区的降水变化过程，发现900 ka BP以来南亚季风降水以100 ka为主导周期，这与地球轨道参数引起的太阳辐射变化的主导周期不同（图1）。如果直接用轨道参数驱动气候模式是无法解释这一不一致现象，因为Bosmans et al.（2018）使用多个气候模式模拟了对太阳辐射贡献最大的岁差参数对南亚地区的降水影响，结果表明在气候变化的周期内，南亚季风区降水最大值出现在岁差最小值（Pmin）时。
图1 钻孔U1446的各种气候代用记录随时间变化和频谱（蓝线），以及太阳辐射的频谱（红线）（Clemens et al., 2021）
前人研究表明，南亚季风降水除受地球轨道参数的影响外，全球冰量（IV）和温室气体（GHG）的强迫作用也十分显著。全球冰量的极小值往往出现在温室气体的极大值之后，温室气体和全球冰量的周期性也非常类似，因此文章将二者同化为“IVGHG”指标。结合IVGHG强迫、地球轨道参数和气候指标进行相位分析（图2），降水极大值与辐射强迫有着显著的相位差（图2A），这表明除轨道参数以外存在其他因素影响南亚降水的变化周期。通过不同轨道参数频率的相位分析以及与周边区域气候重建结果的综合对比，发现南亚季风降水对全球冰量和温室气体浓度强迫的响应高度敏感，这也得到前人模拟结果的支持（Arayamelo et al., 2015）。同时，在岁差频率段，南亚季风区降水极大值的相位并未出现在Pmin与IVGHG强迫极大值之间，而是出现在IVGHG强迫极大值和Pmax之间（图2C）。已有研究表明Pmax对应于越赤道气流最强时期。因此，文章提出在越赤道气流（水分供给/潜热）和IVGHG强迫（感热）的共同作用下，使得南亚季风降水在二者相位之间出现极大值。这一结果得到了阿拉伯海等地区的风速重建和模式敏感性试验的支持。
图2 各指标在地球轨道周期上的相位（Clemens et al., 2021）
总之，文章基于孟加拉湾海底沉积物中多项指标，结合气候模拟，探讨900 ka BP以来南亚季风与轨道参数、越赤道气流、全球冰量和温室气体的关系，表明越赤道气流、全球冰量和温室气体浓度对南亚季风降水有重要影响。启发我们，在温室气体持续增加、全球冰量不断减少以及南半球印度洋水分供应不断增加的未来情景下，南亚季风降水也将会增加。
主要参考文献
Arayamelo P A , Crucifix M , Bounceur N . Global sensitivity analysis of the Indian monsoon during the Pleistocene[J]. Climate of the Past, 2015, 11(1): 45-61.
Bosmans J , Erb M P , Dolan A M , et al. Response of the Asian summer monsoons to idealized precession and obliquity forcing in a set of GCMs[J]. Quaternary Science Reviews, 2018, 188:121-135.
Clemens S C , Yamamoto M , Thirumalai K , et al. Remote and local drivers of Pleistocene South Asian summer monsoon precipitation: A test for future predictions[J]. Science Advances, 2021, 7(23):eabg3848.（原文链接）
（撰稿：史运坤，史锋/新生代室）
