关于全球冷暖和亚、非夏季风区干湿变迁之联系的一个述评*，本文主要内容关键词为：干湿论文,述评论文,暖和论文,夏季论文,全球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提要 基于近年来的多种资料分析结果，讨论了不同时间尺度上全球热状况之于中国东部和其它低纬亚非夏季风影响区干湿变迁的宏观控制作用。指出：在百年以上时间尺度上，全球暖而夏季风强从而导致有关区域多雨偏湿，全球冷则夏季风区域多偏干；但较短时间尺度上的全球性冷暖波动往往不足以使各地的夏季风系统和干湿状况产生一致响应。
关键词 全球变化 区域干湿 夏季风
中国东部是典型的季风区，年降水主要得自夏季风活动。宏观地说，中国东部及其它夏季风降雨区如青藏高原东南部、印度和北非南部等地的干湿状况主要取决于低纬亚、非夏季风系统之盛衰。季风系统则受全球热状况和海陆热力对比等条件制约。把区域性干湿和大尺度季风系统及全球变化联系起来讨论，有助于全面认识区域气候变化规律，并可为科学地评估全球变化对特定区域的影响提供参考。
气候变化有多种时间尺度。最近一个间冰期－冰期旋回中，亚非夏季风系统之变迁可作为现代季风条件之长期历史背景。特别是，这一旋回末期（即从末次冰期极盛期到中全新世温暖期）出现的亚、非季风雨带之巨大变迁，可为评估当前全球变化之中有关区域干湿状况的自然极限影响提供一种参照。从当前全球变化研究所关心的十到百年尺度来说，近千年来的历史文献记录可提供更为直接的背景知识。近代气象观测则不仅可用于分析较短时间尺度的区域干湿变化问题，还可为较长尺度变迁之机理研究提供基础。本文依据现有多种资料分析结果，对中国东部等夏季风影响区干湿变迁及其与全球温度波动的联系作一述评。
需要说明，本文所注重的是，全球性的热力变化通过季风系统这一环节来联系有关区域干湿变化。同过去一些用局地降水和温度资料推测所谓“暖干”或“冷干”关系和工作相比，本文出发点有所不同。
1 末次间冰期－冰期旋回
这个10万年尺度的变迁历史由许多深海岩芯和极地冰芯记录所揭示。图1b、d分别给出ShacKleton和Pisias(1985)[1]的深海δ[18]O和Lorius et al.(1985)[2]的南极δ[18]O序列，它们反映了地球环境近十多万年温度波动的轮廓。不难发现，深海记录中末次间冰期初期回暖始于约13万年前，南极记录却始于约15万年前；较近代记录两者可相差千年上下，这些差异主要源于测年技术问题。
图1 近15万年来全球变化和亚非夏季季风带干湿变化
Fig.1 The global changes and the humidity alterations in theAsian and Apriean monsoon area during the last 150 kyrs
然而，上述资料可足以精确地描写十万年尺度的冰期回旋：距今12万-13万年出现末次间冰期极暖期，其后波动降温，距今7万-8万年的剧烈降标志着末次冰期开始，继3万-5万年前的若干相对温暖波动之后，距今2.0万-1.8万年间出现所谓的末次冰期极盛期，再后是全新世回暖和近代历史降温。这一系列变化与北半球夏季日辐量变化有良好对应（图1a,Berger,1988)[3]，一定程度上加强了理论可靠性。本文主要要阐述在全球性变迁中亚、非夏季风影响区的干湿主变化概况。
黄土高原地处夏季风影区北部，是记录亚洲夏季风盛衰的良好地区。图1c、e分别是安芷生等(1990)[4]的洛川剖面磁化率和李吉钧等(1990)[5]的北塬剖面磁化率曲线。对比黄土沉积序列（图1f、g）可见高磁化率对应古土壤发育的湿润期。由于定年方式不一，两个曲线分别类似深海和南极记录。这也说明前述年代误差是测量技术问题，因为很难设想黄土高原两个地点的环境变迁会相差千年乃至上万年。忽略这种误差，则中国的季风湿润期与全球暖期基本同步。
图1h、i、j给出青藏高原、阿拉伯半岛和北丰的湿润期，主要依据一些湖沼沉积分析[6-10]。青藏高原共受印度季风和东亚季风影响，季风强盛时波及高原北部。故高原湿润期一定程度上反映亚洲夏季风强。阿拉伯半岛和北非大部为现代干旱带，古时湿润期主要反映印度洋和西非夏季风雨量偏多。图上各地湿润期年代和次数不尽相同，这部分地是由于测年技术和局地沉积分辩率等特性不同所致。仅从万年以上尺度来看，距今约14万-7.5万年间各地均出现若干湿润阶段，与氧同位素阶段5（即末次间冰期及其后的若干温暖波动所在的时段）相应；距今约5.5万-2.4万年间出现另一组湿润条件，几乎所有作者均指出其程度远不如前一组，它们是末次冰期中相对温暖阶段的产物；中全新世各地湿润期较一致部分地说明了年轻地质资料定年误差较小的事实。
总之，近15万年来，全球暖期亚、非夏季风活动强，使现代季风降雨较少波及之域较为湿润；全球冷期则有关区域偏旱。这一点在以下讨论两个极端时期情形时也可看出。
2 盛冰期和气候适宜时期极端情形的比较
距今1.8万-2万年前后的末次冰期极盛期和6000-8000年前后的中全新世暖期代表了近几万年来全球冷暖之两个极端。由于近2万年来青藏高原等大地形规模的绝对变化量不大，上述极端情形比之更早期的那些情景来说，更适于用来评估现代季风带变动之可能的自然极限，一般说来夏季风降水区的北缘地带，也即年降水在100-400mm的半干旱区对季风系统之盛衰较为敏感。因此观察某些等雨量线的历史变迁可大致判断季风变动的程度。根据安芷生等(1990a)[12]、Singhvi与Kar(1992)[13]、及 Petit-Maire(1989)[14]等人的区域分析结果，把各地等雨量线不同时期位置绘成图2。可见盛冰期亚非夏季风普遍萎缩，其影响地带偏南；中全新世暖期夏季风北进，等雨量线偏北。北非一带100mm雨量线从极冷期的14°N附近推到暖期的22°N附近，纵贯800-900km。中国东部等雨量线变动规模也类此，在华北一带相当于年降水从极冷期的少于今50%到暖期的多于今100mm以上。
图2 不同时期亚非夏季风带等雨量线位置的比较
Fig.2 Mean isohyte positions during the mid-Holocene
对中国东部干湿状况会与印度乃至西非季风区的变化相一致有两种解释。首先，从近地面看，由于陆面热感应性大于海洋，全球暖（冷）期一般可形成较大（小）的夏季陆海温差，这是季风系统偏强（弱）的基本原因。其次，从大气环流来看，夏季对流层高层(100-300hpa)的巨大高压环流—南亚高压与低层印度季风低压上下呼应，其南侧的东风急流从中国南海岸到北非中部横贯大陆，急流入口处北侧（中国东部）和出口区南侧（北非面部）的辐散区与低层辐合上升气流相辅相成，如全球变暖使印度季风加强，从而必然加强中国东部和北非南部的上升气流和降水扰动。这一点在现代气象观测中已得到一定的证实（朱福康等，1980[15]；曾昭美、郭其蕴，1982[16]。从而可推测出全球极冷、暖期亚、非夏季风环流形势对比。冷期平均近地面季风弱，高空南亚高压及其南侧东风急流也弱，使有关区域季风降雨较少；暖期季风向大陆内推进较多，高空环流也相应加强，使亚非半干旱带能得到更多季风降雨。需要强调的是，这里讨论的是千年以上尺度的长时期平均情况。
3 历史旱涝变化
中国东部近几千年的历史上，一次显著的变干事件发生于距今3200年前后。它不仅被记载在一些地质沉积记录中，更重要的是它还被反映在大量包括文字记载的历史资料中[17、18]（图3），从而该事件具有较高可靠性。我们注意到：同期前后，藏东南一带湖泊水位下降，沉积物中花粉含量锐减（王富葆，1985）[19]；印度西北部沙丘迅速堆积(Chawla et al.，1992)[20]；阿拉伯半岛和北非则出现严重沙化，开始形成现代干旱格局(Potts,1990[21]; Petit-Maire,1989)。这一切共同反应了中全新世暖期结束后亚、非夏季风系统的一次强烈衰退过程。
图3 近几千年中原五十年平均旱涝等级
大于0的等级表示偏涝，小于0偏旱。距今3200年附近的箭头指出经符号检验法得出的气候跃变点[18]。
Fig.3 50-year-mean flood/drought-grade series reconstructed fromthe historical archive records of the late 4/00in central China
对较近的历史时期，目前就小冰期的几个世纪尺度的冷暖波动有较一致的认识。如许多作者认为，17世纪和19世纪为冷期，而18世纪则有一个相对暖期。郑斯中等(1977)[22]曾指出：中国东部几个世纪尺度的干湿波动(Ji et al.1993)[23]。但限于资料质量和数量，目前就小冰期冷暖变动和夏季风带干湿变动的联系还不足以形成共识。这一定程度上也说明：百年尺度上的全球性热力变迁已不足以对季风区整体干湿状况强迫出一致的较强的响应，以致于资料敏感性和人类活动等因素均可能阻碍人们确切区分出有关的自然变化背景。
十年尺度的问题更为复杂。上述更长尺度上那种多少或可分辩出来的全球—区域间的联系在此是不能预期的。图4给出中国东部两个温度序列和多站平均旱涝等级序列[24、25、37]。可见，从较冷的17世纪和18世纪，出现了一个世纪尺度的由偏旱到偏涝的变化；而比较10年尺度上的纪录，就可发现，至少在17世纪中期中国东部极冷两个10年中旱涝等级偏小，呈现区域冷—涝对应关系。
图4 17-18世纪我国十年温度和旱涝等级标准化值负值[24、25、37]
注：旱涝等级小者为偏涝，图中0线上方为偏涝。
Fig.4 10-year-mean temperature and flood/drought-grade series(normalized and negative)of the eatern China during 17-18 centuries
相对来说，10年尺度冷暖变化幅度小而区域性强，仅由现有的历史资料的质量不易断言全球尺度的变温格局。例如，图4所示中国东部于17世纪中期达极冷（王绍武，1990(24)；张德二，1980[25]，而欧洲许多地区却于17世纪后期达极冷(Frenzel et al.,1994[26];Pfister and Yan,1994[27])。对于某个特定的10年尺度时段，很少有资料能充分描写全球尺度的热状况，从而也难以在这一尺度上较好地探讨全球热力变迁与季风区降水联系。
由此而联相到，过去一些工作在分析区域性气候变化时，说“冷干”的有之，说“暖干”的亦有之。这种结论看来多少有点过于轻率。一般说来，广大较低纬地区的温度变化总是较小的，而全球性热变化所造成的大型环流（如季风）系统的变化却不与局部温度变化成正比。如要联系温度，就应注重对区域性环流系统有影响的大尺度变温格局，而非局部温度。
4 现代观测事实
近百年人类活动对自然的影响急剧增强。一些适用于早期历史气候分析的指标如旱涝灾情等反而在一定程度上失去了其对自然变化的代表性。但大量台站的温度和降水观测还是可以为区域干湿变化分析提供一定的自然背景知识。
本世纪最突出的一次全球性变化是20年代前后的剧烈增温(Johes et al.,1986[28] Goossenss and Berge,1987[29]），它使整个近一百多年来的温度序列呈上升势。该事件对整个亚、非夏季风区的影响尚未经系统分析。但北非Sahel一带自20年代至60年代雨量偏丰(Demaree and Nicole,1990)[30]；印度季风则与全球增温相应，于20年代迅速加强（符淙斌、王强，1991）[31]；中国北方虽未发生象印度季风那样迅速的气候响应，从长期趋势看，年雨量本世纪初直至50年代呈上升势（章名立，1992[32]）。可见，亚非夏季风活动在这一全球增温事件中有所加强。
60年代北半球大规模降温，同期稍后出现了著名的北非大干旱，印度和东亚季风也相继减弱（符淙斌、王强、1991；郭其蕴，1983[33]）。严中伟等(1990）[34]利用全球资料揭示出亚非低纬夏风带上一条同相相关地带（图5），该带夏季雨量于60年代普遍锐减。
(a)中“+”号地区降水变化与(b)所示信号同相。
图5 60年代全球夏季降水场EOF1分布特征[34]
Fig.5 The EOF1 of the global summer rainfall anomalies during 1951-1980
值得注意的是从全球尺度出发来看，60年代事件中温度格局的变化早于降水场变化（严中伟，1992）[35]，反映了全球热状况对夏季风系统的主导作用。诚然，用为一个10年尺度的变动，60年代事件中亚、非夏季风带出现相当一致的响应，可以被视为一个特例。由于资料少，既不能验证也不能否认60年代事件的普遍意义，即在10年尺度上的半球尺度降温是否确能导致亚、非夏季风系统的普遍衰弱？
80年代全球再次剧烈增温。该事件的特殊性引人注目。严中伟、曾昭美(1994）①对这次增温和20年代增温的全球变温型式作了比较，发现20年代前后北半球中高纬出现一致剧烈增温，导致赤道—极区温差普遍减小；而80年代期间变温分布在纬向上差异很大，欧洲—大西洋一带有剧烈降温，形成局域上的高低纬温差加剧，从而在某些局域来看，80年代事件中的变温格局反而类似于60年代降温事件中的情形。我们注意到；北非和中国华北等地自60年代中期以来的旱相并没有随80年代增温而改观。显然，80年代与20年代的增温事件是有所不同的，但这是否可联系到相应的亚、非季风区降水变化之不同，目前尚不能妄言。
总之，10-100年尺度上亚、非季风带干湿变迁已非全球平均热状况所能决定。为理解有关的气候变化规律，不仅要求了解大尺度的变温分布和相应的大气环流变化，而且可能需要考虑局部的人类活动影响等非自然因素。这两个方面也恰恰是当前学术界正重视的研究方向。
5 结语
在较长时间尺度上，中国东部和整个亚、非低纬度夏季风带的干湿状况随全球冷暖波动而变化，这是中国东部等季风区干湿变化的一个大的自然背景。由于较长尺度上全球冷暖变动一般说来总是体现在，中高纬甚于低纬，大陆甚于海洋，从而各地季风系统具有较一致响应是合理的。
随着时间尺度变小，上述全球一区域变化间的联系越来越不清楚，在当前全球变化研究所关心的十到百年尺度上，全球平均热状况变化幅度相对较小但区域变化仍可较大，从而有关研究应更重视全球热变化之地理分布型及相应各地大气环流变化。这样，要深入了解这种中期气候尺度上的区域干湿变迁规律和机理，就不仅要求有足够长的观测序列，还要求有充分广泛的测点分布。显然，历史代用资料和现代观测各自本身均不满足上述要求。这两种资料的分析工作必须恰当地结合起来，并在此基础上开展有关的理论研究，才能使全球变化和区域气候联系方面的研究取得进展。这种跨专业的学术合作恰恰是当前学术界一大薄弱环节。
应当指出，所有前述几种时间尺度上的分析工作，目前看来都还不足以在学术界形成共识。本文仅就近年来的一些区域分析结果，结合一些基本的大气环流知识，对全球一区域变化之联系提出了一个方面的看法。意在抛砖引玉。
来稿日期：1993 12；收到修改稿日期：1994 05。
注释：
* 本工作部分得到国家科委攀登85-27项目和中科院KY85-10项目的支持，部分内容属中国科学院－法国科研中心交流协议下的合作研究，谨对各方资助一并致谢。
① 严中伟，曾昭美。20年代和80年代全球增温跃变的比较分析，见：郭其蕴（主编）KY-85-10项目文集之一。北京：气象出版社，排印中。