全球季風與氣候的長期變化*

汪品先

（同濟大學海洋地質國家重點實驗室 上海 200092）

當前關于“全球變暖”的爭論，實質問題在于如何區分人類活動的影響和自然界本身的變化。只要認識了氣候變化的自然趨勢，問題也就迎刃而解，但是這方面科學界的意見分歧太大。如，下次冰期什么時候到來，有的認為遠在5萬年之后（Berger and Loutre,2002），而有的卻說幸虧有早期人類活動的影響，要不然冰期幾千年前就已經降臨（Ruddiman 2003）。不同時期科學界的主流觀點也不相同：氣候學家今天談論全球變暖，而30年前“冷戰”時期，談論的卻是“全球變冷”和“核冬天”。

意見分歧太大，說明氣候變化的學科還欠成熟。雖然氣候災難見于各國的古代傳說，但全球氣候會發生根本性變化的概念，卻在文藝復興以后長期得不到現代科學的承認。到19世紀，才發現確實有過大規模的氣候變化，主要分成兩路：歷史和考古學家看到的是大洪水，地質學家看到的是大冰期。時至今日，現代氣候學家注意的是水文循環，關鍵在于干與濕；古氣候學家強調的是冰期旋回，關鍵在于冷與熱，兩者的差異一脈相承。與側重低緯過程的現代氣候學不同，古氣候學總的來說是以高緯的冰蓋為中心。大多數古氣候學家相信，全球氣候變化源自冰蓋的消長，通過“大洋傳送帶”驅動著全球各地的變化。

古氣候學的這種傾向性，有著研究方法上的歷史根源。許多年來，高分辨率的定量古氣候研究只能適用于最近的地質時期。近年來的發現使情況發生改變：巨大的氣候變化，不僅高緯區有、熱帶區也有，不僅地球南北極有冰蓋的時候有，在沒有大冰蓋的時候也有，這就大大拓寬了氣候學的視野。原來今天的地球屬于特殊狀態：近200萬—300萬年來，南、北兩極都壓在大冰蓋下，是地球歷史上至少6億年來絕無僅有的異?，F象；在“正?！睜顟B下的地球兩極都沒有大冰蓋，氣候變化的主角是低緯過程，比如季風。

300多年來，季風一直被看成一種巨型的“海陸風”，屬于區域性現象；直到現在方才意識到這是一個全球系統，為南極以外各個大陸所共有（Trenberth et al.,2000）。全球季風貫穿著至少6億年來的地質歷史，并且隨著各種地質旋回而變化，包括地球運行的軌道周期。正是全球季風的2萬年歲差周期，導致了大約4000年前亞洲和非洲一系列古文明的衰亡。同樣的周期性變化也影響著大氣的化學成分，極地冰芯氣泡中的甲烷濃度和氧同位素值，也都隨著歲差周期而發生變化。有證據表明：全球季風還給大洋碳儲庫帶來長周期變化（Wang,2009）。大洋碳儲庫在地質歷史上呈現出40萬年的變化韻律，來源于偏心率的長周期，被喻為地球系統的“心跳”（P?like et al.,2006）。這種韻律反映的是全球季風和低緯過程的長周期，在“正常”狀態下的氣候系統里扮演著主角。160萬年前極地冰蓋的大幅度增長打破了這種狀態，大洋碳儲庫的40萬年周期“拉長”（Wang et al.，2004），地球系統進入“心律不齊”的狀態。

可見，偏心率長周期在全球氣候變化中起著關鍵性作用。不過大洋碳儲庫如何隨著偏心率變，其中的機理并不清楚。初步推測：由于偏心率的長周期，使全球季風的強度呈現40萬年的周期性盛衰，引起大陸化學風化作用的長周期變化，進而通過大洋沉降顆粒中有機碳與無機碳的比率（即所謂“沉積雨比值”）而改變大洋碳儲庫；但是冰蓋的快速增長，可以通過洋流攪亂海洋對這種長周期的“正?！表憫?。今天的地球，正在經歷著40萬年一遇的偏心率低值期，因此理解大洋碳儲庫長周期變化的實質、揭示其驅動機制，是古氣候研究的當務之急。

可惜古氣候學對于長度超過105年的周期興趣不大，而現代氣候學又只關心與人類壽命相近或者稍微長一點的時間尺度。但現代科學卻已經證明，氣候變化從年際到百萬年以上的時間尺度上都在發生。不同尺度的氣候變化就像俄羅斯“套娃”那樣層層重疊；不但重疊，它們還通過相互作用糾纏在一起，以至于不考慮長過程就無法正確理解較短的過程。一部科學史告誡我們：人類的大腦總是傾向于依賴自己的感官，因此科學家很容易陷入“人類中心論”的時空觀。恰如當年的“地心說”相信人類居住的地球是宇宙的中心一樣，今天的氣候學也習慣地只考慮與人類壽命可比的時間尺度，殊不知氣候系統的“中心”并不在人類的尺度上。地球系統是復雜的，想把長期變化撂在一邊，只走“近路”就能找到氣候變化規律的企圖，是不可能取得成功的。

在空間上講，現代的大洋-大氣系統中有兩大對流不穩定區：一是西太平洋暖池的上空，季風大環流在那里輻散；另一是高緯度的大洋，北大西洋深層水在那里下沉。兩者都是深穿透環流的產生地（Webster，1994），都是氣候變化的關鍵環節：在全球氣候系統里前者是“引擎”，后者是“開關”。古氣候研究的重點不能只是以冰蓋消長為核心的高緯過程，也應該注意季風一類的低緯過程，因為在整個地質歷史上低緯過程更為常見、更為典型。Pierrehumbert(2002)有個很好的比喻：“氣候是二氧化碳和水的雙人舞,而冰蓋是位重要的客串演員”。近來的100萬—200萬年，正是“客串演員”上場的一幕。當我們在為客串演員精湛演藝喝彩的時候,可不要忘掉了雙人舞的主角。