2023年5月15日ScienceBulletin(JCR分区:Q1, IF: 20.577(2022))在Short Communication栏目发表了题为“Decoupled orbital-scale variability of monsoonal circulation and rainfall in East Asia since the late Pleistocene”的研究论文。英国威廉希尔唯一官网靳立亚教授、南京大学张肖剑副教授和鹿化煜教授、中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士联合德国波茨坦气候影响研究所Andrey Ganopolski博士和Matteo Willeit博士基于地球系统模式CLIMBER-2开展的模拟试验，探究了过去80万年东亚夏季风演化轨道周期谜题。东亚夏季风是控制我国气候变化的主导环流系统。过去几十年大量地质记录重建了晚更新世以来东亚夏季风的变化规律并揭示了其中的驱动机制。目前，晚更新世东亚夏季风的演化存在两种假说：低纬驱动和高纬驱动。低纬驱动假说受到了以洞穴石笋氧同位素为代表记录的支持，认为东亚夏季风的演化受控于低纬夏季太阳辐射引起的海陆热力差异变化，以2万年周期为主。而黄土磁化率为代表的记录广泛支持高纬冰盖驱动假说，认为东亚夏季风的演化响应于高纬冰盖的波动，以10万年周期为主。这两者的争议成为了悬而未决的“东亚夏季风轨道周期谜题”。

针对这一谜题，许多研究者寄希望于气候模拟，然而过去的瞬变模拟试验始终无法揭示其中10万年周期的形成机制。以往瞬变模拟试验多采用单向强迫的敏感性试验方案（图1a），冰量和温室气体浓度单向强迫于气候系统，而气候系统没有对冰量和温室气体产生反馈作用，且冰量和温室气体之间也不存在强迫和反馈过程，因此，忽略了地球系统各圈层之间的相互作用过程。本研究利用中等复杂程度地球系统模式CLIMBER-2，在地球轨道参数的强迫下对过去300万年气候变化开展连续瞬变模拟，在本模拟试验中冰盖模式、碳循环模式和气候模式动态耦合（即地球系统思维），冰量和温室气体浓度由模式模拟，充分考虑了地球系统各圈层之间的相互作用过程（图1b）。

图1  以往的气候系统模拟方案和本研究的地球系统模拟方案

CLIMBER-2模式完美重现了过去300万年高纬冰盖、温室气体浓度和全球温度的变化历史，保证了模拟的可靠性。对过去80万年的模拟结果分析显示，东亚夏季风环流呈现显著的2万年周期（图2a），与三宝洞石笋氧同位素记录一致（图2b），受低纬太阳辐射影响的海陆热力差异控制；东亚夏季风降水呈现显著的10万年周期，与西峰黄土磁化率记录一致，受温室气体浓度驱动的西风环流控制。

图2  过去80万年东亚夏季风演化的模拟—记录对比

地球系统多过程耦合相互作用模拟揭示了地球气候系统内部过程，尤其是碳循环过程对东亚夏季风响应地球轨道变化具有重要调节作用。本研究揭示的东亚夏季风降水与环流的解耦现象，对解决轨道尺度东亚夏季风演变的“10万年周期困惑”提供了重要研究思路，也为古气候模拟试验中采用“地球系统思维”设计提供了参考。

英国威廉希尔唯一官网大气科学学院靳立亚教授为论文第一作者和通讯作者，英国威廉希尔唯一官网为第一署名单位。论文共同通讯作者张肖剑，现任南京大学地理与海洋科学学院副教授，2013-2016年在兰州大学资源环境学院就读博士研究生，在靳立亚教授指导下开始从事古气候模拟研究。

文章信息：

Liya Jin,Andrey Ganopolski, Matteo Willeit, Huayu Lu, Fahu Chen, Xiaojian Zhang：Decoupled orbital-scale variability of late Pleistocene-Holocene monsoonal circulation and rainfall in East Asia.Science Bulletin,2023,68(9), 897-901（https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.04.004）