近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系胡永云教授和中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂院士的团队在《自然·地球科学》(Nature Geoscience) 发表论文“大陆演化主导的现代全球季风系统自潘吉亚超级季风的兴起”（Emergence of the modern global monsoon from the Pangea Megamonsoon set by paleogeography）。该论文结合地质记录和系列模拟试验，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。
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。
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。
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），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有限；（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。
该项研究由国家自然科学基金委基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变（41888101）”资助。
论文链接：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。
