国家自然科学基金基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”骨干胡永云等基于系列数值模拟试验及与地质记录的对比，研究了潘基亚超级大陆以来全球季风与大陆面积、大陆位置及大陆裂解度的关系，在超级大陆旋回与超级季风旋回的关系上取得新进展。成果最近发表在Nature Geoscience上（https://www.nature.com/articles/s41561-023-01288-y）。 

　　季风由海陆温差驱动。夏季到来时，由于陆地升温较海洋快，洋面湿空气吹向陆地，在大陆形成降水。随着夏季结束，海陆温差反转，风向也随之反转，雨季结束。这一季节性的降水和风向反转现象称为季风。我国具有典型的季风气候，降水主要集中在夏季。

图1、左侧图是气候模式模拟的三个代表性地质时期季风区（绿色）和干旱区（黄色）分布，箭头代表北半球夏季近地面气流，黄色圆点表示蒸发岩记录，蓝色圆点表示煤的记录。a: 2.4亿年前的潘吉亚超大陆时期，b：8千万年前的晚白垩纪时期，c：现代。右侧图三个相应时期的海陆分布。Ma: million years ago，PI: Pre-industrial。 

　　现代全球季风系统由6个区域季风组成（图1c），虽然这些区域季风有着各自的特性，但也具有共同的时空变化属性。这正是前人提出的“全球季风”概念的重要性所在。从全球季风视角揭示不同区域季风系统演化的异同与动力学关联，则是地球系统科学研究的重要切入点之一。 

　　在过去的2.5亿年，大陆演化经历了潘吉亚超级大陆（联合大陆）的裂解和再汇聚过程。随着板块运动和海平面的变化，大陆面积也经历了减小和再扩大的过程。大陆演化如何影响全球季风系统的演变？现今的区域季风与大陆演化引发的超级季风旋回具有怎样的联系，正是该项研究的核心科学问题。 

　　使用海气耦合地球系统模式（CESM1.2.2），团队针对过去2.5亿年开展了系列气候平衡态模拟试验（每1千万年一个模拟试验），揭示出潘基亚联合大陆以来全球季风演化可划分为三个主要阶段：（1）在潘吉亚超大陆时期（图1a），全球陆地季风区面积较大（即潘吉亚“超级季风”），但季风区降水强度总体较弱；（2）到白垩纪时期（图1b），大陆裂解最充分，大陆面积由于海平面上升也达到最小，陆地季风区面积较小，但季风降水强度较大；（3）新生代期间（图1c），大陆板块重新开始汇聚，且面积增大，陆地季风区面积变大，但季风降水强度减弱。 

　　这些结果说明：（1）全球季风系统在构造尺度上的演化不仅与构造隆升等因素有关，超级大陆旋回中大陆面积、位置及裂解度变化对全球季风演化具有非常关键的作用；（2）陆地季风区面积主要由陆地面积决定（尤其是热带大陆面积），而降水强度主要由大陆裂解度决定，全球陆地季风区面积与季风降水强度呈高度反相关关系（图2）；（3）与大陆面积、位置及裂解度的作用相比，构造时间尺度上的温度和CO2浓度变化对季风区面积和降水影响不大；（4）现代全球季风系统与新生代以来大陆新一轮的汇聚有密切的关系，而并非直接源于潘吉亚时代的超级季风。 

　　这些结果为未来研究不同地质时期的古季风提供了新的启示。由于大陆演化对季风系统演变的调控不仅影响区域气候，其导致的季风区变化对不同地质时期生态系统演变、化学风化-全球碳循环的关系及外生矿床形成均具有重要影响。 

图2、过去2.5亿年全球陆地季风区面积（蓝色线）和季风降水强度（橘黄色线）的变化。左侧垂直坐标是陆地季风区面积占地球表面积的百分数，右侧垂直坐标是陆地季风区年均降水量。实线代表控制试验结果，虚线代表固定CO2浓度和太阳常数试验结果。 

　　在基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”立项时，根据前人和团队已有科学线索提出一个工作假说：即地球历史上的季风-干旱演化具有旋回性，与地球的超级大陆旋回有密切的动力学关联。超级大陆往往有超级季风和超级荒漠陪伴；而裂解的大陆会导致不同属性的区域季风出现。在当今地球大陆演化的进程中，北半球广阔的欧亚大陆在很大程度上可看做是新一轮超级大陆的雏形；而现今强盛的东亚季风和亚洲内陆荒漠正是新一轮超级季风和超级荒漠的雏形（郭正堂，2017）。胡永云和郭正堂团队的上述工作为项目工作假说的验证迈进了重要的一步。 

　　除该项研究外，胡永云团队在基础科学中心项目的资助下，还取得了一系列其它重要成果，均发表在国际高水平刊物上。这些成果包括：（1）对显生宙气候演变开展了系统的模拟研究，结果已向国际同行公开（Li et al., 2022），成为全球仅有的两组显生宙气候模拟研究之一；（2）揭示出海陆分布对热带辐合带位置具有关键控制作用（Han et al., 2023）；（3）基于数值模拟结果与地质记录的结合，展示了1.83亿年前的Toarcian极热事件期间，特提斯洋沿岸曾存在超强台风（Yan et al., 2023）；（4）发现在潘吉亚超大陆暖期，哈德雷环流有变宽和变弱的趋势（Zhang et al., 2023），为理解现代全球变暖条件下哈德雷环流的变化趋势提供了启示；（5）揭示出煤及蒸发岩形成与气候环境（温度和降水）的定量关系，显示出这些定量的温度和降水指标在煤和蒸发岩等外生矿床预测中具有很好的潜力（Bao et al., 2023）。 

　　1.Yongyun Hu*, Xiang Li, William R. Boos, Jiaqi Guo, Jiawenjing Lan, Qifan Lin, Jing Han, Jian Zhang, Xiujuan Bao, Shuai Yuan, Qiang Wei, Yonggang Liu, Jun Yang, Ji Nie, and Zhengtang Guo*, 2023, Emergence of the modern global monsoon from the Pangea Megamonsoon set by paleogeography. Nature Geoscience, https://www.nature.com/articles/s41561-023-01288-y 

　　2.郭正堂, 2017, 黄土高原见证季风和荒漠的由来. 中国科学:地球科学, 47(4): 421–437, https://doi.org/10.1360/N072017-00037 

　　3.Jing Han, Ji Nie*, Yongyun Hu*, William R. Boos, Yonggang Liu, Jun Yang, Shuai Yuan, Xiang Li, Jiaqi Guo, Jiawenjing Lan, Qifan Lin, Xiujuan Bao, Mengyu Wei, Zhibo Li, Kai Man, Zihan Yin, 2023, Continental drift shifts tropical rainfall by altering radiation and ocean heat transport. Science Advances, 9(10), https://doi.org/10.1126/sciadv.adf7209 

　　4.Qing Yan, Xiang Li, David B. Kemp, Jiaqi Guo, Zhongshi Zhang, Yongyun Hu*, 2023, Elevated atmospheric CO2 drove an increase in tropical cyclone intensity during the early Toarcian hyperthermal. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 120(29), e2301018120, https://doi.org/10.1073/pnas.2301018120 

　　5.Shiyan Zhang, Yongyun Hu*, Jun Yang, Xiang Li, Wanying Kang, Jian Zhang, Yonggang Liu, Ji Nie, 2023, The Hadley circulation in the Pangea era. Science Bulletin, 68(10): 1060–1068, https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.04.021 

　　6.Xiujuan Bao, Yongyun Hu*, Christopher R. Scotese, Xiang Li, Jiaqi Guo, Jiawenjing Lan, Qifan Lin, Shuai Yuan, Mengyu Wei, Zhibo Li, Kai Man, Zihan Yin, Jing Han, Jian Zhang, Qiang Wei, Yonggang Liu, Jun Yang, Ji Nie, 2023, Quantifying climate conditions for the formation of coals and evaporites. National Science Review, 10(6), https://doi.org/10.1093/nsr/nwad051 

　　7.Xiang Li, Yongyun Hu*, Jiaqi Guo, Jiawenjing Lan, Qifan Lin, Jian Zhang, Xiujuan Bao, Shuai Yuan, Mengyu Wei, Zhibo Li, Kai Man, Zihan Yin, Jing Han, Jian Zhang, Chengguang Zhu, Zhouqiao Zhao, Yonggang Liu, Jun Yang, Ji Nie, 2022, A high-resolution climate simulation dataset for the past 540 million years. Scientific Data, 9:371, https://doi.org/10.1038/s41597-022-01490-4