虽然“潜热说”有一定的观测研究基础,但期望直接用数值模拟研究来证实这一假说并非易事.这是因为当我们在数值模式中改变轨道参数时,不仅改变了北半球日射,也同时改变了南半球的日射,故不能排除对立半球的影响.因此,尽管我们从模拟结果中获得了亚洲季风降水与北半球日射有良好的对应关系(例如图4),可实际上模拟的季风降水变化已经包含了相应南半球日射控制下的南印度洋潜热释放和输送对亚洲季风降水的影响.为此,Liu等人[78]利用FOAM专门设计了仅改变北半球或仅改变南半球日射对亚洲及印度洋季风影响的理想试验,结果发现北半球日射的变化对南亚夏季风降水具有局地和即时的影响,而南亚夏季风降水对南半球日射变化则有季节滞后的遥响应.当从前一年12月至当年4月南半球的日射增强时,则南热带印度洋的SST在1~7月持续偏高,从而通过洋面蒸发增加南热带印度洋上空的水汽量.随着亚洲夏季风的建立,对流层低层的平均越赤道气流将南热带印度洋上空增多的水汽向北输送,最终导致南亚季风降水的增加.这一试验暗示,亚洲季风在演化过程中确实可能受到南半球日射的远程作用.
亚洲季风变迁的“潜热说”机制最近开始受到强烈质疑.Reichart等人[21]曾对来自阿拉伯海北部基于海表生产力变化的气候重建资料的分析显示,虽然与Clemens等人[72]的结果类似,南亚季风强度滞后于初夏日射约6ka,但他们认为如此大的相位差异并不是亚洲季风受到了来自南半球的影响,而是因为作为季风指标的生物产率对8~9月日射变化更为敏感所致.Ruddiman[71]在2006年发表了一个简短的评述,指出高分辨率石笋记录为解决“潜热说”和“零相位”两种假说的分歧提供了确信无疑的证据,中国石笋δ18O记录的夏季风降水与6月日射之间仅有?18°的相位差(图5),因此支持Kutzbach的“零相位”假说.
同时,他也对海洋沉积中广为接受的季风代用指标是否能真正反映夏季风的变化表示怀疑.Ruddiman的评述发表后不久,Clemens和Prell[79]就迅速作出回应.他们争辩Kutzbach早期的数值试验使用了仅有大气分量的GCM,而SST和陆面特征都是指定的,因而未能包括陆面及海洋的动力反馈.他们确信以前使用的阿拉伯海反映印度洋季风的同位素、化学、物理和生物学指标没有问题,其中陆源粒度反映了季风环流的强度,但独立于其他海洋上翻指标.此外,他们认为Ruddiman和Raymo[80]在零相位假定下将南极冰芯的甲烷调到7月30°N的日射并不合适,因为甲烷含量并非完全是由季风控制下的热带湿地变化所决定的.在这些争论之后,Wang等人[41]最近发表的时间跨度更长的高精度绝对定年的石笋记录,再次确认了岁差尺度亚洲夏季风与北半球日射之间的同步变化关系,从而把“潜热说”推向被抛弃的边缘.
但在几个月前召开的美国地球物理学会2008年秋季大会上,Clemens等人[81]进一步争辩,石笋δ18O同位素记录可能是冬、夏季风过程的混合产物,而并不能完全反映季风降水.
5值得深入研究的问题
从以上有关岁差尺度亚洲夏季风变化及其影响机制研究的发展历程和现状看,最近20多年来人们对岁差驱动的亚洲夏季风气候变化的事实和规律已经取得了越来越深入的认识和理解,但对于岁差引起的日射强迫具体是通过怎样的物理过程和机制来影响亚洲季风气候演变的问题尚存在明显分歧.为了进一步探索亚洲季风气候的轨道尺度变化机制、完善季风变迁理论,我们认为在未来的工作中以下几个问题值得深入思考和研究.
(ⅰ)各种季风代用指标的物理意义有待诠释.
现有的多种反映夏季风强度或季风雨量的指标都受到质疑.例如,石笋的氧同位素记录究竟是代表了当地夏季的大气降水量[41],还是冬、夏季风过程的混合产物[81]?即使阿拉伯海岩芯的陆源粒度或生物学指标可以反映海水上翻和季风风力的强度[22],但亚洲季风降水量的多寡有时并不直接依赖于季风风力的强弱[78].只有深入认识各种代用指标的物理意义及其反映季风不同侧面的适用性和局限性,才能正确判断日射强迫与季风响应之间的位相关系和因果联系.(ⅱ)轨道尺度瞬变数值模拟试验需要继续改进.
虽然最近已完成的长达284ka的理想瞬变试验[69]验证了亚洲季风与北半球日射的同相位关系,但以前的半球日射强迫试验[78]却部分地支持南半球日射可以跨季影响亚洲夏季风.至今还没有模式能真正模拟出Clemens等人[72]提出的南半球潜热输送在亚洲季风演化过程中可能扮演的关键角色.在已完成的284ka瞬变试验中仅考查了地球轨道参数改变所引起的日射变化的作用,但并没有考虑冰期旋回中冰盖等边界条件变化的影响.当进一步考虑冰期边界条件的变化时,可以测试是否北半球大冰期的建立和发展造成上新世以来亚洲季风相对冰量的相位不稳定性[76],进而检验亚洲季风变迁的“潜热说”.
(ⅲ)岁差循环过程中的气候反馈作用有待深入评估.季风演变不仅受到轨道尺度日射变化的直接强迫作用,而且受到气候系统内动力过程及各种反馈机制的影响.除了上面已提到冰量外,同样缺乏在岁差循环中海洋、青藏高原积雪、地表植被和土壤湿度等反馈作用的定量评估.温室气体含量和碳循环在亚洲季风演变过程中的重要性应值得特别重视.
大气甲烷含量变化主要由北半球季风和低纬湿地面积大小所控制,因而可能是将岁差和地轴倾角的日射强迫进行非线性放大的一个重要因素[80].岁差通过驱动热带季风,可以调制大洋碳循环,甚至可能影响全球气候[82].对气候系统中各种物理乃至化学和生物学过程的认识及其数学描述的不完善是目前气候模拟研究不确定性的主要来源.评估包含各种反馈过程的数值模拟并与地质观测记录进行综合对比将可能是未来进一步认识轨道尺度季风变化的关键所在.
(ⅳ)不同月份日射强迫与季风响应的关系需进一步确认.在岁差波段上,不同月份的日射本身即存在着明显的相位差.其中辐射量最大的6月日射变化与负岁差参数同相(参见图2),而5月(7月)份的日射超前(落后)于负岁差参数,相邻两月日射位相差为30°,约23000/12=1900年.正如在年循环中气候系统对日射的响应存在着不同程度的季节滞后,在岁差循环中,气候系统对日射的响应同样存在着一定(如3ka[62,73])的滞后性.某个月的气候变动往往是对其前1~2个月日射变化响应的结果.初夏的日射强弱可能对亚洲季风盛衰更为重要[83].在考察日射强迫的季风响应时,如果随意选取日射标尺将可能获得两者之间缺乏物理联系的位相关系,这是研究轨道驱动的季风强迫机制时特别需要注意的.鉴于这一问题的重要性,我们将另文专门讨论.
(ⅴ)亚洲季风变迁的多时间尺度相互作用值得深入探讨.实际地质记录所反映的季风变化往往是多种时间尺度上各种因子共同作用的结果.限于篇幅,本文主要讨论了亚洲夏季风气候变化对岁差强迫的响应,而事实上岁差强迫本身也受到100ka偏心率周期的调制[3].目前的轨道偏心率低,因而是岁差作用相对偏弱的时期.如果没有人类活动的干预,按照天文周期的回归预测,始于6ka前的全球降温将会再持续几千年[3],但在万年尺度上现在可能处于前所未有的超长间冰期[84],工业革命以来人类活动影响下毋庸质疑的全球变暖[85]似乎正在改变着包括季风在内的地球气候的自然变率.41ka地轴倾角周期虽然主要控制高纬气候的季节性,但由于其叠加作用,使23ka岁差强迫对低纬季风气候的影响更加复杂[54].此外,青藏高原的构造隆升可能放大了亚洲季风的轨道尺度气候变率[58,59].
(ⅵ)不同时间尺度上半球间气候变化的联系也应当引起我们足够的重视.虽然亚洲季风变迁的“潜热说”机制目前还难于完全证实,但来自南半球的远程影响的确不容忽视.事实上,半球间气候变化的联系并不限于轨道尺度.例如,在千年尺度上,末次冰消期北半球与南半球的气候变化之间存在北大西洋经向翻转流(MOC)控制下的“跷跷板”现象[86].
在冰期-间冰期循环过程中,黄土-古土壤记录的东亚夏季风变化中则可能蕴含着南半球影响的信息[87,88].
应该指出,虽然轨道尺度的岁差强迫与千年尺度的MOC作用都倾向于造成南、北半球反向的气候变化,但影响机理可能完全不同.因而不断深入的机理探讨,将是全面理解气候变化过程、最终建立亚洲季风气候变迁与环境演化理论的必由之路.
参考文献：
较多已省略。

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