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【北京日报】最新发现!中国东北人口与文化变迁,竟与它有关系
2021-03-03 | 作者:转自:北京日报客户端 | 【 】【打印】【关闭

发布日期:2021-03-02  来源:北京日报客户端 记者:王鸿良 

  我国季风区降水正经历由20世纪70年代之前的“南旱北涝”过渡为20世纪70年代之后“南涝北旱”的气候状态,对我国社会、经济和农业产生影响。

  要客观认识百年来季风气候变化的过程和规律,需从更长时间尺度的自然气候变化历史中去了解——近万年来的东亚季风变化是否存在某种规律性?

  中国科学院地质与地球物理研究所研究员吕厚远、副研究员徐德克等人对这些问题做过系列研究并提出了有启发性的探讨,相关论文发表在《自然·通讯》《地球与行星变化》等著名学术杂志上。在此,我们邀请徐德克把这些有趣的探讨性观点向读者作一介绍。

   

  问:您是怎样想到研究南北旱涝规律这样的问题的?最早是从哪里入手的?

  答:2020年,我国长江流域发生了1998年以来最为严重的汛情:降雨量超过2016年和1998年,一跃成为1961年以来同期降雨量最多的年份。

  其实历史总是惊人的相似,不难发现最近30年来长江流域和东北-华北两地的降水格局总是交替性的重现:1997-1998年、2015-2016年的夏季长江流域降水明显增加,而到了1999-2000年、2010-2011年的夏季暴雨又出现在了东北华北地区。这种不同区域降水的差异是否存在内在的规律?在更长的时间尺度上,这一演化规律是否能够准确地预测呢?

  未来百年我国东部季风区的区域降水的差异和趋势,是古气候学界关注的焦点问题之一。正确认识我国东部季风区降水的过程和规律,既能促进社会更好地适应和应对未来气候变化,又可以保证我国农业、社会经济稳定增长。

  2019年9月11日,我和吕厚远研究员作为共同通信作者和共同第一作者,在《自然·通讯》杂志上在线发表论文。论文中提出了一个重要的学术观点:1万年来我国东北地区存在500年准周期的降水变化,这一变化还影响了该地区的人口和文化变迁。

  这个研究发现,通过对中国东北地区约一万年来玛珥湖年纹层花粉记录和考古遗址碳十四年龄概率密度的分析,发现花粉记录的季风气候变化和碳十四概率密度揭示的人类活动,都存在约500年周期变化,季风气候驱动的周期性的暖湿/冷干与人类活动的强/弱、以及与史前文化的盛/衰,几乎是同步变化的。

  在东北地区史前六个文化繁盛期中,除了红山文化对应了千年尺度的中全新世适宜期外,其他都明确地对应着500年周期的暖湿期。研究认为,叠加在全新世气候变化背景上的500年周期,深刻影响了东北亚地区史前文化的演替和发展,气候变化的500年周期与太阳活动引发的厄尔尼诺-南方涛动的频率变化关系密切。这些发现不仅揭示了史前人类活动、文化演替与周期性自然气候变化之间存在明确关系,而且表明,在东亚季风区,温暖湿润的自然气候更有利于史前人类文化、文明的繁盛发展。

  问:您早期的研究集中在东北地区,后来的研究是怎样进一步扩展的?

  答:上述研究存在一个缺憾:东北地区的500年周期是否是孤证,有没有其他证据的支持?

  为了验证研究的可重复性和普遍性,科研人员检索了大量的文献数据库,不但在东北、黄海,还在南方的长江流域发现了500年准周期的降水的地质记录。经过进一步的详细对比,科研人员还惊奇地发现,长江流域和东北地区的500年周期在相位上并不是同步的。

  研究发现,近半个世纪以来我国东部季风区降水,正在经历由上世纪70年代之前的“北涝南旱”过渡为上世纪70年代之后的“南涝北旱”气候状态。然而,现今我国季风区降水的演化格局,是在地质历史时期的长期演化的背景下形成的。由于自然气候系统的复杂性和模拟预估的不确定性,以及人类器测温度记录也仅有近百年的历史,因此要客观地认识百年来季风气候变化的过程和规律,需要从更长时间尺度的自然气候变化历史中去了解:近万年来的东亚季风变化,是否受到千-百年尺度自然周期影响?今天的南旱北涝或者北旱南涝的气候格局演变,是否叠加了自然周期的气候过程?

  为了回答前面提出的问题,我和学科组成员及国内同行合作,分别在东北地区和长江流域地区选择了沉积连续、高精度定年和高分辨率的古气候记录:一条为东北玛珥湖年纹层花粉记录,另一条为长江中游地区洞穴石笋磁性矿物记录。

   

  小龙湾与和尚洞位置图 

  科研人员分析这两条记录发现,东北地区和长江中游地区存在不同步的千、百年季风降水变化。

  东北地区孢粉记录反映距今9260年以来东北地区温带落叶阔叶林的建群植物栎属花粉种类的变化,揭示出适应强夏季风降水的栎属植物存在千年尺度和500年准周期性变化:在千年尺度上,温带落叶阔叶林繁盛期或者夏季风降水强盛期大约出现在距今7070-5570年,温带落叶阔叶林的衰退期或者夏季风降水减弱期大约出现在距今1470-370年;在500年周期上,温带落叶阔叶林繁盛期或者降水强盛期先后出现在距今约8700-8400年、约8150-7890年、约7620-7350年等时段。

  另外,石笋磁性矿物记录揭示出距今8580年以来长江中游地区的季风降水变化,在千年尺度上,季风降水减弱期大约出现在距今7070-5570年,强盛期大约出现在距今1470-370年;在500年周期上,降水强盛期先后出现在距今约8630-8390年、约8140-7890年、约7640-7160年等时段。

  在千年尺度变化过程上,两个地区存在明显反向变化模式;而在500年周期相位上,长江中游地区滞后东北地区约几十年到200年之间。

  结合前人最近几十年的观测记录和这项研究的结果,我国东部季风区南北方降水,在千年、百年、几十年再到年际尺度上似乎都是不同步的。但需要注意的是,我国南北方500年气候周期,是叠加在全新世气候总体变化趋势上的。因此,年际尺度的气候变化必然也是逐一叠加在几十年、百年再到千年的气候过程当中的。就像一个俄罗斯套娃一样,我们需要逐一揭开套娃才能了解事物的完整面貌。

  问:发现了南北方500年气候周期,以及南北方降水的不同步,能否对这种现象背后的原因做一些分析?

  答:了解了我国东部季风区降水演化规律,肯定有人会问,到底是什么原因控制了这种现象呢?说到这,我们还得从这个最小的套娃年际尺度——厄尔尼诺南方涛动(ENSO)讲起。如果把ENSO比作一枚硬币,那么厄尔尼诺和拉尼娜就是这枚硬币的两面。一般来说每2-7年厄尔尼诺和拉尼娜时间都会出现,而且厄尔尼诺比拉尼娜出现的频率更高。

  在厄尔尼诺年,赤道东太平洋的海温异常升高,赤道西太平洋海温偏低,引起西太平洋副高控制的反气旋向南偏移,导致东亚季风显著偏弱,夏季降水集中在长江中下游地区,而我国东北和华北地区降水偏少。相反,在拉尼娜年,赤道西太平洋海温异常升高,赤道东太平洋海温偏低,导致了西太平洋副高控制的反气旋向北偏移,驱动东亚季风明显增强,夏季降水在我国东北和华北地区显著增加,而长江中下游流域降水又明显减少。也就是说,是厄尔尼诺南方涛动控制了季风雨带在我国季风区南北方的移动。

  最小的套娃问题一旦解决,几十年、百年再到千年尺度的套娃问题便可迎刃而解。无论在什么时间尺度上,我国东部季风区南北方出现的降水差异现象,都可以归因于年际尺度的厄尔尼诺或者拉尼娜事件频率的增加。

   

  厄尔尼诺南方涛动事件与我国东部季风区区域洪涝关系图。 

  问:分析历史上南北旱涝周期的这种规律,是否能对未来的气候图景做一些大胆的预测?

  答:是的,在了解我国东部季风区降水在年际到千年尺度上的过程和规律后,我们便可以做一些大胆而有依据的预测。

  在500年自然气候周期的背景趋势下,本世纪初东北和华北地区已经结束了大约200多年的季风降水增加的过程,未来将进入下一个200多年的季风降水减弱的过程;而长江中下游地区季风降水将开始逐渐增加,未来百年将迎来更加丰沛的季风降水。

  从我国东部地区百年尺度的旱涝趋势来看,需要国家集中力量办大事来缓解这一局面。说到国家调控区域旱涝灾害的重大工程,立刻就能想起本世纪初开始的“南水北调工程”。这绝对是功在当代利在千秋、极具前瞻性、利国利民的大计。中线和东线的调水工程可以极大缓解未来百年我国东部南北方降水不均衡的局面。然而我们也需要清楚地认识到,仅靠大工程还是远远不够的,仍然需要在长江中下游地区多做抗洪防涝的准备,而华北和东北多做抗旱的工作,以应对未来日益严重的“南涝北旱”气候格局。

 

  (原标题:最新发现 | 中国东北人口与文化变迁,竟与旱涝有关系)
来源:北京日报客户端 记者:王鸿良 

 
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