【中国科学报】探索气候变化的奥秘

2015-11-09 中国科学报 边慧

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丁仲礼（右）和杨石岭在查看土壤样本。

　　10月12日，《美国科学院院刊》发表了一项中国科学家团队的研究成果，并作为亮点文章进行了宣传。

　　中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室研究员杨石岭、中科院院士丁仲礼及其合作者经过长期的野外调查发现，全球变暖导致东亚夏季风雨带向西北方向推进。据此可以推断，如果全球增温持续下去，季风雨带目前南撤的趋势将会发生根本逆转，长时间尺度上一定会向北推进，从而使我国北方的降水显著增加。

　　“全球变暖负面效应的宣传已经很久了，大家一时还无法接受从正面的角度来看待全球变暖，好多人调侃我们是‘砖家’。”在接受《中国科学报》记者采访时，杨石岭笑道。

　　无可否认的是，这项基于对2300多个黄土样品的研究成果，对帮助人们了解气候变化对于中国乃至全球其他地区的影响有着重要意义。

　　气候变暖或许是件好事

　　上世纪70年代以来，“北旱南涝”开始在中国成为常态。

　　这一现象的气候学表述为“东亚夏季风强度持续减弱、季风雨带逐渐南移”，主流学界将其归因为全球变暖。

　　2013年，英国哈德雷气候研究中心应用区域气候模式，在假定大气二氧化碳浓度继续增加和气溶胶浓度改变的情景下，对中国未来气候变化进行了预测。结果显示，如果不采取措施，大气中二氧化碳的浓度继续每年1%的增幅，那么在30~50年后，长江流域的降水比现在更多，而北方则更加干旱。

　　这样的结论与杨石岭等人的认识刚好相反——在地质与古环境研究领域，“温度升高伴随气候湿润”才是比较普遍的现象。

　　杨石岭认为，许多气候模型仅考虑了现代大气环流格局下增温导致大气中水蒸气含量增加的结果，从而得出全球变暖会加剧降水分布不平衡的结论，忽略了增温的另一个后果是大气环流的位置变化。他将这一观点告诉美国同行，他们则要求“拿出证据来”。

　　2008年，丁仲礼院士亲自设计研究项目，来自中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室的研究团队，踏上了搜寻证据的道路。他们将目光投向了黄土高原。

　　“黄土高原面积广阔，可以在大范围内找到完整的研究剖面。” 课题组成员副研究员王旭告诉记者。

　　他们把研究时段锁定在末次冰盛期至全新世（距今2万年以来），这是距今最近的一次全球温度大幅度增加的地质历史时期，因此最具参考意义。

　　根据前期的研究，杨石岭认为重建C4植被生物量的时空格局可能是研究夏季风雨带变化的突破口。王旭补充说，“C4植物是光合作用初级产物为四碳化合物的草本植物，对气候变化非常敏感。”

　　重建C4植被需要分析土壤有机质的碳同位素组成，这是个耗时耗力的工作。博士生李阳阳承担了部分实验工作，长时间泡在实验室。别的女孩在朋友圈晒美食、晒旅游，她晒的都是做实验的瓶瓶罐罐。

　　通过分析20多个剖面590个样品的有机质碳同位素组成，杨石岭等人发现，从末次冰盛期至全新世暖期，黄土高原C4植被显著增加，而且C4植被生物量等值线呈东北—西南向分布，跟现代降水量等值线非常一致。因此，C4植被生物量等值线的移动可以有效指示古季风雨带的位置变化。

　　杨石岭解释，末次冰盛期时，黄土高原东南部的C4植被生物量为10%至20%，而在全新世温暖期，该等值线出现在黄土高原西北部，空间移动幅度达300公里以上。这一结果表明，全球变暖导致东亚夏季风雨带向西北方向推进。

　　他进一步表示，东亚属于亚洲季风气候区，降水主要由东亚夏季风带来。夏季风所到之处通常会带来降水，从现代降水的雨量等值线来看，主要呈现出东北—西南带状分布的降水等值线。尤其是中国北方，季风向北方推进，北方降水就会增加。

　　这项发现对我国来说确实是一个好消息。如果全球增温持续下去，中国北方的干旱现状将得到缓解，气候环境亦会随之大幅改善。

　　研究的乐趣所在

　　让杨石岭等人没有想到的是，这项跟“全球变暖威胁论”唱反调的研究成果，会率先为美国人所接受。在气候科学领域，科学也难于幸免地与政治牵连，尤其是在西方发达国家，无论真相如何，“全球变暖威胁论”总归是限制发展中国家碳排放的一个绝佳由头。此次研究成果的发表之路也因此变得充满坎坷，而《美国科学院院刊》所表现出来的客观的科学精神更显难能可贵。

　　“研究应该秉承科学精神，尤其像我们做基础研究的，必须遵循实证主义，用事实说话，而不是为了讨好谁。”杨石岭说。

　　秉持着这种精神，在此次研究中，杨石岭团队花了近三年时间，跑遍了面积近40万平方公里的黄土高原。

　　“雪天路滑，拐弯的时候车失控掉进了沟里，幸好人没事。”杨石岭给记者展示了一张照片，一辆越野车四轮朝上躺在沟里。

　　从2008年到2011年，在上百万年的大漠长风雕刻出的沟壑中，他们需要以5厘米为间距采集土样。通常情况下，他们用的是削土刀，土质特别坚硬时，就斧头、菜刀一起上，剖面特别陡峭的时候，还需“祭出”攀岩的全套行头。

　　这是一项辛苦且充满危险的工作，但在见识了黄土高原农民的艰辛生活后，杨石岭和同事们觉得自己这些辛苦“都不算事儿”。

　　杨石岭坦言，地质学的基础理论研究往往并没有十分紧迫的现实意义，但团队依然在努力将研究课题与国计民生结合起来。

　　“气候对农业生产特别重要，我们作古气候研究，能为预测未来气候变化提供依据。如果研究结果能运用到指导生产上，我们的研究就更有意义了。”博士生黄晓芳告诉记者。

　　“虽然古气候是基础理论研究，但人类的生存和发展与气候变化密切相关，需要科学家们探索气候变化的规律，这也是我们的乐趣所在。”杨石岭说。

　　（原载于《中国科学报》 2015-11-09 第8版 平台)

丁仲礼（右）和杨石岭在查看土壤样本。
　　10月12日，《美国科学院院刊》发表了一项中国科学家团队的研究成果，并作为亮点文章进行了宣传。
　　中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室研究员杨石岭、中科院院士丁仲礼及其合作者经过长期的野外调查发现，全球变暖导致东亚夏季风雨带向西北方向推进。据此可以推断，如果全球增温持续下去，季风雨带目前南撤的趋势将会发生根本逆转，长时间尺度上一定会向北推进，从而使我国北方的降水显著增加。
　　“全球变暖负面效应的宣传已经很久了，大家一时还无法接受从正面的角度来看待全球变暖，好多人调侃我们是‘砖家’。”在接受《中国科学报》记者采访时，杨石岭笑道。
　　无可否认的是，这项基于对2300多个黄土样品的研究成果，对帮助人们了解气候变化对于中国乃至全球其他地区的影响有着重要意义。
　　气候变暖或许是件好事
　　上世纪70年代以来，“北旱南涝”开始在中国成为常态。
　　这一现象的气候学表述为“东亚夏季风强度持续减弱、季风雨带逐渐南移”，主流学界将其归因为全球变暖。
　　2013年，英国哈德雷气候研究中心应用区域气候模式，在假定大气二氧化碳浓度继续增加和气溶胶浓度改变的情景下，对中国未来气候变化进行了预测。结果显示，如果不采取措施，大气中二氧化碳的浓度继续每年1%的增幅，那么在30~50年后，长江流域的降水比现在更多，而北方则更加干旱。
　　这样的结论与杨石岭等人的认识刚好相反——在地质与古环境研究领域，“温度升高伴随气候湿润”才是比较普遍的现象。
　　杨石岭认为，许多气候模型仅考虑了现代大气环流格局下增温导致大气中水蒸气含量增加的结果，从而得出全球变暖会加剧降水分布不平衡的结论，忽略了增温的另一个后果是大气环流的位置变化。他将这一观点告诉美国同行，他们则要求“拿出证据来”。
　　2008年，丁仲礼院士亲自设计研究项目，来自中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室的研究团队，踏上了搜寻证据的道路。他们将目光投向了黄土高原。
　　“黄土高原面积广阔，可以在大范围内找到完整的研究剖面。” 课题组成员副研究员王旭告诉记者。
　　他们把研究时段锁定在末次冰盛期至全新世（距今2万年以来），这是距今最近的一次全球温度大幅度增加的地质历史时期，因此最具参考意义。
　　根据前期的研究，杨石岭认为重建C4植被生物量的时空格局可能是研究夏季风雨带变化的突破口。王旭补充说，“C4植物是光合作用初级产物为四碳化合物的草本植物，对气候变化非常敏感。”
　　重建C4植被需要分析土壤有机质的碳同位素组成，这是个耗时耗力的工作。博士生李阳阳承担了部分实验工作，长时间泡在实验室。别的女孩在朋友圈晒美食、晒旅游，她晒的都是做实验的瓶瓶罐罐。
　　通过分析20多个剖面590个样品的有机质碳同位素组成，杨石岭等人发现，从末次冰盛期至全新世暖期，黄土高原C4植被显著增加，而且C4植被生物量等值线呈东北—西南向分布，跟现代降水量等值线非常一致。因此，C4植被生物量等值线的移动可以有效指示古季风雨带的位置变化。
　　杨石岭解释，末次冰盛期时，黄土高原东南部的C4植被生物量为10%至20%，而在全新世温暖期，该等值线出现在黄土高原西北部，空间移动幅度达300公里以上。这一结果表明，全球变暖导致东亚夏季风雨带向西北方向推进。
　　他进一步表示，东亚属于亚洲季风气候区，降水主要由东亚夏季风带来。夏季风所到之处通常会带来降水，从现代降水的雨量等值线来看，主要呈现出东北—西南带状分布的降水等值线。尤其是中国北方，季风向北方推进，北方降水就会增加。
　　这项发现对我国来说确实是一个好消息。如果全球增温持续下去，中国北方的干旱现状将得到缓解，气候环境亦会随之大幅改善。
　　研究的乐趣所在
　　让杨石岭等人没有想到的是，这项跟“全球变暖威胁论”唱反调的研究成果，会率先为美国人所接受。在气候科学领域，科学也难于幸免地与政治牵连，尤其是在西方发达国家，无论真相如何，“全球变暖威胁论”总归是限制发展中国家碳排放的一个绝佳由头。此次研究成果的发表之路也因此变得充满坎坷，而《美国科学院院刊》所表现出来的客观的科学精神更显难能可贵。
　　“研究应该秉承科学精神，尤其像我们做基础研究的，必须遵循实证主义，用事实说话，而不是为了讨好谁。”杨石岭说。
　　秉持着这种精神，在此次研究中，杨石岭团队花了近三年时间，跑遍了面积近40万平方公里的黄土高原。
　　“雪天路滑，拐弯的时候车失控掉进了沟里，幸好人没事。”杨石岭给记者展示了一张照片，一辆越野车四轮朝上躺在沟里。
　　从2008年到2011年，在上百万年的大漠长风雕刻出的沟壑中，他们需要以5厘米为间距采集土样。通常情况下，他们用的是削土刀，土质特别坚硬时，就斧头、菜刀一起上，剖面特别陡峭的时候，还需“祭出”攀岩的全套行头。
　　这是一项辛苦且充满危险的工作，但在见识了黄土高原农民的艰辛生活后，杨石岭和同事们觉得自己这些辛苦“都不算事儿”。
　　杨石岭坦言，地质学的基础理论研究往往并没有十分紧迫的现实意义，但团队依然在努力将研究课题与国计民生结合起来。
　　“气候对农业生产特别重要，我们作古气候研究，能为预测未来气候变化提供依据。如果研究结果能运用到指导生产上，我们的研究就更有意义了。”博士生黄晓芳告诉记者。
　　“虽然古气候是基础理论研究，但人类的生存和发展与气候变化密切相关，需要科学家们探索气候变化的规律，这也是我们的乐趣所在。”杨石岭说。
　　（原载于《中国科学报》 2015-11-09 第8版 平台)

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