北大教授访谈法国学者：如何理解影响数十亿人的季风系统？

撰文｜胡永云

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季风系统主要由海陆热力差异驱动。在地质历史时期，海陆分布经历了剧烈的分裂与聚合变化。这些海陆分布的变化如何影响季风系统？这一问题不仅是理解季风系统演化的关键，也是理解地球系统演化的核心。

带着这个问题，《国家科学评论》（National Science Review，NSR）编委、北京大学胡永云教授代表NSR采访了法国气候与环境科学实验室（LSCE）研究主任、季风与古气候领域的国际著名学者Gilles Ramstein博士。本次访谈从现代季风出发，延伸至古季风与未来季风。Ramstein博士回顾了自己在季风与古气候领域的主要贡献和研究经验，也提到了中国学者在这个领域的贡献，并为青年科学家提出了宝贵建议与殷切期望。

Ramstein博士还说，在经费方面，中国目前的实际情况比法国好。但中国从事基础研究的青年科学家在发表论文方面有着巨大压力，因为研究人员太多了。而压力太大之下，可能会最终发表不太恰当的论文。因此，让非常优秀的科学家留在体系内是好的，最重要的是保障基础研究，吸引优秀的学生，并为他们提供长期良好的薪资和经费条件。

现代季风：区域性与全球性

NSR：关于季风系统的论文可能有上千篇。为什么人们对季风如此感兴趣？

Ramstein：我认为有两个主要原因。第一个也是最重要的原因是，数十亿人生活在季风区。季风对我们的生活环境有着极其重要的影响。因此，这可以说是一个人口学问题，研究季风的演化至关重要。第二个原因是对研究人员来说的。季风具有根本性的重要意义。季风是连接海洋与大陆相互作用的气候系统之一，因此，理解季风系统在不同时间尺度上的演化是一个极具吸引力的问题。古季风是一个非常迷人的课题，并且变得越来越有吸引力，研究古季风无疑有助于更好地预测未来的季风。

NSR：目前存在六个区域性季风系统。这些区域性季风各自有哪些不同特征？

Ramstein：在现代，有两个巨大的季风系统：非洲季风和亚洲季风。其他季风系统也很重要，且彼此差异巨大。当然，存在全球季风的概念。但在季风系统的研究历史中，区域性季风的概念与全球季风截然不同。我稍后会再回到全球季风的概念。

这些区域性季风系统的演化差异很大，这不仅适用于过去，也适用于未来。大多数时候，这些季风系统主要由类似的过程驱动，但它们之间存在巨大差异。例如，其中一些与ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）相关，一些则与格陵兰冰盖融化的淡水有关。如果格陵兰冰盖大量融化，将对热带辐合带产生直接且重大的影响，将其向南推动，从而直接改变非洲和南美的季风，而这对其它区域季风则并非如此。

NSR：全球季风的概念大约在二十年前提出。您如何看待全球季风的概念？它是否更好地描述了季风？

Ramstein：是的，我认为这无疑是一个重要的概念，它让我们不只关注非洲和亚洲季风。首先，全球季风概念对我们的一大好处是，我们可以利用卫星数据来研究季风系统。由于区域季风在全球季风概念下得到统一，我们可以看到不同区域季风系统之间的相互作用，以及它们如何响应同一强迫，例如温室气体的增加。所以，我认为这个概念是很有用的。

但对我来说，具体理解每个区域季风如何演化同样非常重要。不同区域季风系统的演化受特定背景驱动，例如，亚洲季风受到造山运动的影响，而非洲季风则直接受到冰盖在冰期-间冰期旋回中融化的淡水调节。

因此，区域季风取决于时间尺度和古地理演化。我只举一个例子，这也凸显了我们用模型正确捕捉季风的能力。在上世纪末的90年代，受库茨巴赫（Kutzbach）和拉迪曼（Ruddiman）的传统影响，我们对亚洲季风或印度季风的起源感到着迷。他们认为亚洲季风的起源与青藏高原的隆升有关。此后取得了很大进展，这要归功于中国的同行们的研究，我们现在对季风演化的区域背景有了更深入的了解。但这是否意味着只需要考虑青藏高原的隆升？这不是一个简单的问题。

在古气候研究中，最难推断的参数就是青藏高原的古海拔高度。因此，许多中国的建模者和代用指标研究人员正努力更好地理解这一点。这是每个系统特有的问题，对澳大利亚季风或南美季风而言则并非如此。

但还有其他问题。对于亚洲季风，尤其是东亚季风，我认为非常重要。我研究东亚季风的起源，而张仲石研究非洲季风。我们的工作强调并量化了特提斯洋退却和青藏高原隆升对东亚夏季风的不同影响。大约在我之后15年，（北京大学教授）张仲石研究了特提斯洋对非洲季风的影响。他发现特提斯洋退却对非洲季风也起着同样重要的作用。因此，特提斯洋的退却不仅对亚洲季风重要，对非洲季风也同样重要。这完全改变了水循环的情景。

所以，我的感觉是，当你具体研究一个区域季风系统时，你无法回避其全球行为。从这个意义上说，就是全球季风的概念。

古季风：不只是海陆热力差异

NSR：传统观点认为季风系统由海陆热力差异驱动。您如何看待地质历史时期大陆演化对季风的影响？

Ramstein：我经常向人们解释，大约4000万年前，现今的东欧和西亚地区存在一个巨大的特提斯洋。在这个巨大的洋盆背景下，夏季会更凉爽，冬季会更温暖，因此季风系统不会那么强。

这一点人们可以理解，因为人们明白，当大陆和海洋之间的温度梯度很大时，季风就会很强；而当温度梯度不大时，季风系统就不会那么强大。因此，向人们解释这一点非常重要。然而，这有点过于简化了。仅仅用海陆温度对比并不能完全解释季风的驱动力。实际情况要复杂得多。

为了向人们解释并使其理解，海陆热力对比的概念是可行的。但实际上，季风系统要复杂得多。例如东亚季风和印度季风，它们非常依赖地形，因为降水的空间分布随海拔高度变化而显著不同。是海拔、地形以及所有这些因素在季风系统中扮演着重要角色。热力梯度这个术语适用于教科书，但对于研究而言，我们需要更深入的理解，捕捉更多的过程，才能解释季风的空间格局和持续时间。

NSR：加州大学伯克利分校的比尔·布斯（Bil Boos）教授认为，“海陆热力对比”在描述季风驱动力时并不准确。相反，他提出湿静力能才是驱动力。您怎么看？

Ramstein：我认为这绝对是正确的。例如在法国，为了解释极端降雨事件，人们着迷于这样一个事实：当发生我们称之为“第七周事件”的极端降雨时，地中海地区变得极其潮湿。夏末，地中海表面非常炎热，空气湿度极高，你会得到巨量的水汽。这是法国极端降水的根本因素，水汽被平流输送到法国。在法国，这类极端降水的第一个月是七月，你会得到大量降雨。我们能用热力梯度来解释吗？事实是，在降雨过程中，湿度是最重要的。正如我所说，热力对比是一种简化的观点。

如果你想更深入地解释降水格局、持续时间及其时空结构，其内容比海洋和大陆之间的海陆热力对比要复杂得多。

NSR：但有些人仍然认为海陆热力对比是驱动力，而湿静力能观点更像是一种诊断结果。

Ramstein：这真的取决于你关注什么。如果你从机理和能量的角度来看，你会想知道能量在哪里消散，那么当然，你必须考虑潜热和感热或可用能量的收支，你会得到不同的观点。

我认为两者都有道理。这取决于你对系统中所含能量及其消散更感兴趣，还是像我一样，作为一个气候研究者，理解季风发生的框架。如果你对这个框架感兴趣，那么当季风吹起时，它当然在很大程度上取决于热力对比。

NSR：根据我的理解，亚洲季风与海陆热力对比关系更大，我指的是南北方向的海陆热力对比。但对于非洲季风，则不存在这样的热力梯度。

Ramstein：北大西洋和北非之间其实也存在一定的热力对比，这可以解释很多问题。例如，张仲石通过始新世晚期到古新世的模拟实验表明，特提斯洋的退却彻底改变了水循环，并导致了撒哈拉沙漠的干旱化。当然，非洲季风与地形之间的热力对比之间存在联系，但要复杂得多。如果如此简单，那么所有模型对21世纪的非洲季风预测就会一致，但它们并不一致。这意味着事情并非仅仅通过夏季的海陆对比就能解释清楚。

对于非洲季风来说，它不是南北向的热力对比。它依赖于大气环流。还有一些重要的反馈。例如，我的同事帕斯卡尔·布拉科诺（Pascale Braconnot），她研究中全新世的季风，证明了存在许多反馈机制才能捕捉非洲季风的真实强度，其中之一就是通过植被和湖泊。这些反馈无疑是很重要的。

NSR：在您看来，季风研究取得了哪些主要进展？比如说从库茨巴赫时代甚至更早说起。

Ramstein：让我想想。我试着回顾一下。我认识拉迪曼和库茨巴赫这些人，他们是优秀的气候学家，有非常棒的想法。我不会忘记，当他们刚开始研究季风时，只有纯大气模型，而且使用的是低分辨率的大气模型，空间分辨率非常粗糙。

回顾大约40年前，现在取得了令人难以置信的重大进展。首先，现在的地球系统模型不仅包含大气分量，还包含海洋、植被分量及其反馈。其次，使用高分辨率模型，我们能够更好地捕捉地形，这对季风的模拟很重要。这些进展得益于同行们获取了更多的沉积物岩芯，更好地记录了季风的演化。古海拔重建非常困难。但现在，我们能更好地理解山脉的历史。因此，我们使用的模型不再是纯大气模型，而是包含植被甚至氧18同位素的海气耦合地球系统模型。有了这些模型，我们可以理解很多事情。从这个角度来看，看到我们取得的进展，我感到非常了不起。

然而，研究并未结束。如果我们足够优秀，就应该能够诊断季风系统对二氧化碳加倍仅做出的响应。但这远非易事，因为首先不仅仅是二氧化碳加倍，还有土地利用变化和气溶胶增加。

我的感受是两方面的。一方面，我们在理解季风系统及其与海洋、大气的相互作用方面取得了令人难以置信的进步。另一方面，要可靠地模拟和预测季风，仍有大量进展需要取得，因为这些结果对未来数十亿人至关重要。

NSR：我认为季风研究的一个主要进展，特别是针对东亚季风，是您和张仲石的研究。在那项工作中，你们认为特提斯洋退却与青藏高原隆升对增强东亚季风同等重要。

Ramstein：我认为这在当时是一个非常重要的观点。事实上，特提斯洋的退却不仅对你提到的东亚季风重要，对非洲季风和北非的水文状况也同样重要。对于东亚季风来说，它确实是主要组成部分之一，就像青藏高原隆升一样。

NSR：您提到古地理对古季风很重要，例如特提斯洋退却。那么二氧化碳或气候变化对古季风有何影响？

Ramstein：季风系统将如何对二氧化碳做出反应？回顾过去，二氧化碳是古季风的一个非常重要的关键因素吗？你会发现亚历克斯·法恩斯沃思（Alex Farnsworth）的论文以及你们的工作对此给出了结论。这些研究表明，实际上，在构造时间尺度上，驱动季风系统的主要是古地理的变化，而不是二氧化碳。我相信这是正确的，我认为古地理是地质时间尺度上驱动古季风演化的关键因素。二氧化碳很重要，但在地质时间尺度上，首要角色无疑是大陆分布。这就是为什么我认为在地质时间尺度上存在两个主要的地质事件——特提斯洋的退却和青藏高原的隆升——对亚洲季风至关重要。这比单纯的山脉要复杂得多。此外，得益于张冉、赵艳和其他同行的工作，他们证明了其他山脉也在亚洲季风演化中发挥作用。我们现在知道这两个地质因素主要发生了变化，这真的非常重要。二氧化碳也很重要。相比之下，当今二氧化碳的演化速度如此之快，以至于它将深刻影响气候变化并改变季风系统。

但我不认为二氧化碳在地质时间尺度上如此重要。回到地质时间尺度，海道的改变肯定也对季风产生了影响。

NSR：我们最近也有两篇论文表明，在构造时间尺度上，大陆演化主导着全球季风系统，并且我们展示了季风系统表现出超级旋回，由超级大陆旋回驱动。

NSR：您如何看待季风与人类演化和扩散之间的联系？您已经提到了一些。

Ramstein：事实上，在过去几年里我对此做了大量研究。我启动了一个大型项目来理解这一问题。记录显示，在新近纪初期，大约2300万年前，猿类生活在热带森林中，我们有骨骼和花粉的记录。我们也知道在1700万年前的中中新世气候最适宜期，猿类能够通过不同途径走出非洲，并到达欧洲，有骨骼和花粉证据显示这一点。这是猿类首次走出非洲。这并非偶然，因为中中新世期间，南欧的气候形成了热带森林，对猿类来说是良好的生活环境，因此一些猿类决定前往欧洲。

我们还知道，在1400或1300万年前，当气候再次开始变冷时，欧洲再也没有热带森林了，你找不到花粉，也找不到猿类骨骼。猿类只有两个选择：返回非洲或留在东南亚。我们知道它们迁徙了，因为气候不断变冷，它们的生态位缩小了，最终在中新世末期到达印度尼西亚，并一直生活在那里。

这种扩散实际上完全是由气候驱动的。不像智人可以适应气候环境，猿类无法适应变冷，它们必须生活在热带森林中。通过我们的气候模拟结合植被模型，我们可以模拟这种扩散。我和同事们为此努力工作，以理解这种扩散。

未来季风：冰盖融化与新的挑战

Ramstein：但我相信，对于未来气候，二氧化碳仍然非常重要。为了继续研究，我将仅举两个例子，它们来自中国同行发表的论文。土地利用的影响是一个重要因素，人类活动的影响导致了这个紧急因素。这是一个我们无法从过去找到类比的新因素和新驱动力。我们仍在研究这些因素，以期获得更深入的了解。

NSR：在您看来，我们应该致力研究的季风研究重要方向有哪些？

Ramstein：这将是一个非常不同的观点。我也在研究另一个课题。从现在起到未来几十年或一个世纪，我们可以预期冰盖将部分融化，并且是非线性过程。如果你观察冰川变化的记录，你会看到从1.9万年前到9千年前的冰消期导致了120米的海平面上升，我们有非常好的海平面记录。我们完全清楚这不是一个线性过程。我们当前时期的海平面上升正在加速。我认为过去几十年间最快的上升速率是每年3.7毫米。但现在已经达到每年4.2毫米。这是我们在全新世所见过的海平面上升的最大加速度。所以，我认为考虑到格陵兰和南极冰盖加速融化这一事实非常重要。

特别是格陵兰和西南极冰盖的融化，将导致大西洋经向翻转环流的严重减弱。我们确信这一点，因为古气候数据显示曾发生过许多大规模的冰山涌出事件。如果大西洋经向翻转环流减弱，它将影响全球气候，并将热带辐合带向南推动，从而影响季风和数十亿人生活的地区。这意味着对于未来的研究，我认为我们必须关注冰盖的融化。

科学人生

NSR：您是世界著名的古气候学家。您如何总结您的学术生涯？换句话说，您职业生涯中最重要的成就是什么？

Ramstein：我不知道我算不算世界著名的学者。但我可以告诉你，对我而言，在三个领域做出了有所创新的成果。第一个是雪球地球。这对我来说非常重要。主要的发现是试图理解：雪球地球为什么会发生？如何发生？为什么持续了数百万年？为什么在地球上持续那么久？

在这个课题上，我要感谢我的学生们，这一点非常重要。我一直有非常优秀的学生，多亏了他们，我才能取得一些进展。

关于雪球地球，我们试图理解为什么新元古代会发生雪球事件。这是与雅尼克·多纳迪厄（Yannick Donnadieu）以及所有同事合作的一项工作。我认为我们解决了这个问题。然后我们也理解了为什么雪球地球的终结看起来像冰期和间冰期。

另一个成就与地质学家和沉积学家的合作有关。我访问了巴黎地球物理研究所，类似于北京的中国科学院地质与地球物理研究所。那里有一位名叫让·贝斯（Jean Besse）的研究员，他和他的地质学家同事们绘制了从白垩纪到中新世特提斯洋退却的地图。他们首次出版了一本有据可查的地图集。他们对我说：很奇怪，我们在这个课题上做了很多工作，但没有从事模拟的学者关注它。然后我说，这很简单，如果你们愿意，我可以做。

这并非因为我有多厉害，而是因为我真正倾听了这些数据专家的意见。利用他们的古地理图，和我的同事弗雷德里克·弗吕托（Frédéric Fluteau）一起，我可以模拟新生代的气候，并量化一些情景，特别是特提斯洋退却对气候和季风的影响。我还研究了新生代气候演化的其他方面，例如与海道开闭作为海洋动力主要强迫因素的关系，气候和水文对人类以及人类扩散的影响等等。

我还研究未来气候的阈值问题。例如，我研究了很多海因里希事件，以及当大量冰山涌出时会发生什么：气候将如何变化？海洋和大气动力学将如何响应？海平面将如何上升？我在这些课题上投入了大量精力。

正如我告诉你的，我还涉猎了一个完全不同的课题，即使用经典的IPCC情景研究21世纪媒介传播疾病的扩散。我还使用考虑格陵兰冰盖部分融化的情景进行研究，展示了它对大西洋经向翻转环流的影响，并深刻改变了季风区的水循环状况，从而导致疟疾的扩散。这对我来说也相当重要。当我和我的同事西里尔·卡米纳德（Cyril Caminade）以及博士生阿莉泽·凯米森（Alizée Chemison）发表关于格陵兰冰盖加速融化后果的论文时，我们的结果表明，不仅沿海地区会受影响，季风区也会发生迁移。

西里尔·卡米纳德是媒介传播疾病的专家，他告诉我，不仅是人类迁移，媒介传播疾病也会迁移。我问他，那是什么问题？请给我解释一下疟疾传播？这位研究者说，根据IPCC情景，下个世纪将变得非常炎热。在非洲低地，连蚊子都无法生存，它们会死亡，所以它们也会迁移到非洲东部高原，那里有更适合蚊虫的降水和温度。根据IPCC情景，疟疾将转移到非洲东部高原。

我认为这非常重要，因为现在在法国，我们出现了许多媒介传播疾病。这是由于气候变化，它为某些媒介传播疾病的迁移和发展提供了适宜条件。它们改变了疾病发生的区域，也出现了新的潜在区域。

我发表了一篇关于该问题的论文，他也发表了一篇关于此主题的论文，我们合作看看是否有共识。结果表明，气候变化也将改变疟疾的分布并将其推向东非，而我们模拟格陵兰冰盖部分融化的结果表明，其后果是导致疟疾向南非迁移。

我认为这也是对未来气候变化的一点贡献。我非常高兴，也感谢我的古气候研究，它为预防疾病提供了一些情景。这类研究对于预防或适应因快速气候变化导致的媒介传播疾病扩散可能非常有用。

建议与期望

NSR：您想对年轻人说些什么来激发他们对古气候的兴趣？

Ramstein：我不了解中国的情况，因为学术体系与法国不同。在如今的法国，当有想从事研究的优秀学生来找我，说：“吉勒，我想研究雪球地球。” 我可能会告诉他们：“研究雪球地球非常有趣，但可以稍微等一等。你可能想做一些有用的事情，因为气候变化如此之快。你可能想研究气候变化的影响，而我在海洋和大气动力学方面的知识可以提供帮助。”

但有一件事我们必须牢记，这非常重要。如果每个人都想研究气候的影响，我们需要从事基础研究，致力于基础研究的关键问题。我仅举两个例子。冰盖可能失稳，这不仅影响格陵兰和西南极冰盖，还会影响全球气候，因为冰山涌出可能会影响北大西洋。这是一种古气候研究，属于真正的基础研究。

另一个例子与海洋有关。全球平均海平面仅仅是全球变暖的后果吗？它本身能否成为气候变化的重要强迫因素？你只能通过大尺度环流模型来检验。我们注意到，在上次间冰期，海平面上升了约2到6米。如果考虑到这一点，首先由张仲石等人使用NorESM1-F模型进行，并发表的末次间冰期模拟工作。为了获得更好的模拟结果，只能回归基础研究。所以，我的观点是，保持基础研究非常重要。如果没有基础研究，气候影响研究将会非常糟糕，因为基础研究是思想的源泉。

NSR：如今，青年科学家面临着来自发表论文和研究经费的双重压力。您对他们有什么建议？

Ramstein：是的，从事古气候研究需要一些经费，需要一点钱到处走走，获取新的沉积物记录，进行建模。至少在法国，从资助机构获得经费确实是个问题。对于青年科学家来说，无论是成功获得项目资助，还是发表论文以最终获得永久职位，都面临着巨大的压力。我非常幸运，因为40年前，至少在法国，发表论文有压力，但没有那么大，获得项目支持也没那么难。

但现在，即使像我这样的资深科学家，甚至你认为我是世界知名的研究者，我也必须为成功获得项目、争取研究经费而奋斗。我在这方面浪费了很多时间。我擅长做研究，但不擅长找钱。所以，我认为这对像我这样的老年人不太好。然而，对于那些刚刚开始研究工作的年轻人来说，争取经费的压力更糟。你们应该为他们创造更多机会。

事实上，我的感觉是，法国的问题之一是没有真正的长期计划。人们为未来两年政治将发生什么而挣扎。我来过中国很多次。我感觉中国的一个优势是你们有长远的思考，知道未来走向。所以，我认为在经费方面，中国的实际情况比法国好。另一方面，尽管中国科研体系的经费更多，但从事基础研究的青年科学家在发表论文方面面临着真正的巨大压力，因为研究人员太多了。这一点真的需要认真思考。

发表论文很重要。但是，发表大量论文的想法在欧洲是不合理的，对研究也不好，因为研究需要时间。你可以对一个假想思考多年，然后得到一个良好且可靠的结果。如果你每六个月就发表一篇论文，结果可能在六个月后就被证明是错误的。对我来说这是无意义的，因为人们压力太大，最终发表了不太恰当的论文。让非常优秀的科学家留在体系内是好的，最重要的是保障基础研究，吸引优秀的学生，为他们提供长期良好的薪资和经费条件。我们需要认真思考这个问题。