更新世（距今260万年）以冰期-间冰期冷暖交替叠加于长期全球变冷为特征，研究季风降水对全球变冷的响应机制对理解温度强迫、季风动力学与水循环的耦合关系至关重要。作为全球季风系统的核心子系统之一，东亚夏季风通过调控中纬度水热传输，为东亚夏季风区（覆盖约15亿人口）提供了主要的降水。然而，关于东亚夏季风强度在更新世全球变冷中的长期演化仍存在争议：经典假说认为全球变冷导致东亚夏季风减弱；而近期研究则认为青藏高原阶段性隆升或太平洋沃克环流增强反而驱动了东亚夏季风增强。
争议的发生有两大原因：其一，现有季风记录多对间冰期（温度变化2-4℃）敏感，而冰期（降温达5-8℃）的可靠数据匮乏，阻碍了对冷的冰期季风响应的认知；其二，多数气候代用指标难以分离温度与降水的耦合信号，导致重建的季风-温度关系存在偏差。针对这些问题，课题组先前的工作已经发现中国黄土高原黄土-古土壤序列中的白云石含量展现出独特优势——其对温度敏感性低，且在冰期弱季风降水条件下仍保持高分辨率记录潜力（Meng et al., 2015, GRL）。尽管黄土高原东南部已发表三条白云石记录（Meng et al., 2018, EPSL），但最新研究表明这些地区冰期黄土受到上覆地层间冰期降水淋滤作用的显著改造，无法真实反映原位气候信号（Meng et al., 2022, QSR）。因此，应聚焦在淋溶强度较弱的干旱的黄土高原中部地区，其白云石含量能更可靠地指示冰期东亚夏季风降水变化。
基于此，南京大学表生地球化学团队基于碳酸盐指标系统（白云石与方解石含量），对黄土高原中部赵家川剖面的黄土-古土壤序列开展分析，旨在重建更新世东亚夏季风降水演变过程。通过分离冰期与间冰期东亚夏季风记录并分析两者的长期趋势，深入解析二者与全球温度的响应机制。结果显示，间冰期方解石含量的逐渐降低记录了更新世东亚夏季风的增强，与众多的东亚夏季风记录一致。相反，在全球显著变冷的冰期，白云石含量表现出频繁的波动而没有明显的变化趋势，这表明在更新世冰期东亚夏季风降水的长期趋势并不显著，这一发现挑战了"全球变冷必然削弱东亚夏季风"的传统认知。
我们提出了一个新假说：全球变冷导致的季风减弱与沃克环流增强导致的季风加强之间的相互作用，可以解释间冰期观测到的东亚夏季风加强和冰期东亚夏季风无趋势的现象。在间冰期，全球降温幅度较小（2-5°C），而沃克环流增强显著，其促降水效应超越降温的抑制效应，导致间冰期东亚夏季风降水总体增加；冰期则不同，5-8°C的剧烈降温造成的水汽损失与沃克环流增强带来的降水增益形成动态平衡，使得冰期东亚夏季风降水长期趋势保持稳定。这一机制揭示了季风系统对海-陆-气耦合过程的非线性响应，为构造时间尺度季风演化理论提供了新思路。该假说还调和了更新世期间东亚季风区变湿与中亚干旱区干旱的长期矛盾：整体上，更新世沃克环流加强促进了东亚季风降水的增加，抵消了全球变冷引起的降水损失；而中亚干旱区主要受全球变冷影响，导致干旱加剧。此研究深化了对区域降水响应全球变冷的理解，揭示了水循环与全球温度在不同区域的复杂关系，强调了在地质时间尺度上综合考虑多因素驱动的重要性。未来的研究应侧重于低纬度地区海洋-大气相互作用在塑造东亚夏季风长期演变中的作用。
图1 间冰期（左图）和冰期（右图）期间沃克环流和全球变冷对更新世东亚夏季风降水的调控作用。A和F根据方解石和白云石含量分别重建的间冰期和冰期期间东亚夏季风的长期趋势（本研究）；B和G显示了从多个海表温度记录中得出的太平洋纬向海表温度梯度；C和H分别说明了间冰期和冰期西太平洋暖池中的ODP1143和东太平洋冷舌中的ODP 846之间的纬向海表温度梯度；D和I显示黄土高原和热带海洋之间的陆海热对比；E和J描绘了全球平均地表温度异常（ΔGMST），E中红线表示的间冰期，J中蓝线表示的冰期。
上述成果近期以《Pleistocene Global Cooling Did Not Weaken the East Asian Summer Monsoon》为题，发表于地球科学领域Nature Index期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres。南京大学博士研究生蔡洁为论文第一作者，中科院南京地理与湖泊研究所孟先强副研究员和南京大学刘连文教授为通讯作者。参与此项研究的合作者还包括南京大学陈骏院士、季峻峰教授、李石磊副教授及美国加州大学圣芭芭拉分校的李根博士。该研究得到了基金委重大项目、重点基金等项目的支持。
论文信息：
Cai, J., Meng, X., Liu, L., Li, G. K., Li, S.,Chen, J., & Ji, J. (2025). Pleistocene global cooling did not weaken the East Asian summer monsoon. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 130,e2024JD042746. https://doi.org/10.1029/2024JD042746
相关的参考文献
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Meng, X., L. Liu, X. T. Wang, W. Balsam, J. Chen, and J. Ji (2018), Mineralogical evidence of reduced East Asian summer monsoon rainfall on the Chinese loess plateau during the early Pleistocene interglacials, Earth and Planetary Science Letters, 486, 61-69. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.12.048
Meng, X., G. K. Li, L. Liu, X. Long, W. Zhao, J. Da, and J. Ji (2022), Decoupled paleosol-based proxies in Chinese loess deposits: Role of leaching and illuviation processes, Quaternary Science Reviews, 298, 107847. 10.1016/j.quascirev.2022.107847
