近日，北京大学物理学院大气与海洋科学系聂绩、胡永云团队联合国内外合作者，在《科学进展》（Science Advances）发表题为“Monsoon Zonal Seesaw: Development of the South Asian Monsoon Aridified North Africa in the Cenozoic”的论文。他们发现，新生代南亚季风加强不仅重塑了亚洲气候，还通过大尺度大气环流影响数千公里之外的北非气候，对撒哈拉由湿润向干旱的转变产生了重要影响。该团队还进一步提出并刻画了连接南亚和北非的“季风纬向跷跷板”（monsoon zonal seesaw），为理解板块运动如何通过大气遥相关影响远距离区域气候提供了新的大气动力学视角。

两个遥远地区的气候演化是否彼此相关？

今天的北非以广阔的撒哈拉沙漠为代表（图1），但地质记录显示，新生代早期的北非明显更加湿润，此后经历了向干旱气候的转变（图2）。与此同时，随着印度板块与欧亚板块碰撞、持续北移以及青藏高原的隆升，南亚季风逐渐增强并向北扩展。以往研究通常分别探讨这两个重大气候事件的演变。北非干旱化被认为受到全球气候冷却、特提斯海退缩以及区域地形变化等因素影响，而南亚季风的演化则与印度板块北移和高原隆升相关。

图1: 现代的撒哈拉沙漠及其与南亚季风的联系。注：示意图系辅助AI生成

南亚季风的加强与北非干旱化，是否只是恰好发生在同一地质时期的两个独立事件？通过综合地质记录和两套相互独立的古气候模拟，该团队发现，两者之间存在显著的联系。特别是在早新生代关键转型时期，南亚季风增强的同时，北非发生了明显的湿润—干旱转变；模拟的南亚季风降水与北非降水也呈现显著的反相关关系。

图2: 新生代北非（左）和南亚（右）地区长期水文气候演化。填色代表基于前人研究（括号内是文献编号）划分的干湿条件，表明中新生代南亚季风增强与北非干旱化的对应关系。

南亚季风为何能够影响数千公里外的北非？

南亚季风影响北非气候的关键是经典的“季风—沙漠机制”（monsoon–desert mechanism；Rodwell and Hoskin, 1996）。南亚夏季风带来强降水，水汽凝结释放的大量潜热将加热中高层大气，并在南亚对流层上层形成强大的反气旋，即南亚高压。在地球自转的作用下，这种由季风加热激发的大尺度环流响应向西延伸，可以一直影响到北非。与此同时，根据大气质量守恒，高空辐散需要其他地区的下沉运动进行补偿。北非位于这一大尺度环流的下沉支附近。因此，当南亚季风加强时，南亚高层的高压和北非上空的下沉运动也随之增强，从而抑制北非地区的对流和降水，使得北非趋向干旱（图3）。

研究进一步发现，南亚季风对北非的影响不仅取决于季风强度，也与其纬度位置密切相关。线性斜压模型试验表明，季风降水释放的潜热增强和向北移动都将加强北非上空的高压和下沉运动。其中，季风加热中心向北移动10个纬度所产生的动力效应，大致相当于加热强度增加约70%。这表明，南亚季风的增强与北移共同推动了这一跨大陆遥相关的建立。

图3: 南亚季风—北非“纬向跷跷板”示意图。图中填色表示不同地质历史时期的南亚季风区、北非季风区和北非干旱区，以及高层的大气环流响应。约5000万年前，南亚季风仍较弱，主要局限在接近赤道的低纬地区。由于低纬度科里奥利力效应较弱，季风加热难以产生强烈的向西高压响应。但随着南亚季风不断增强并逐渐向北移动，类似现代南亚高压的大尺度环流结构逐步建立，其影响也越来越明显地延伸至北非。

从区域板块运动到跨大陆气候响应

这项研究进一步拓展了我们对古地理变化影响气候的认识。传统上，人们往往关注构造运动和古地理变化对邻近区域气候的直接影响。例如，亚洲地形演化如何改变亚洲季风，或特提斯海退缩如何影响北非气候。该项研究表明，这种影响还可以通过大气环流传播到遥远的大陆。该团队指出，形成如此显著的跨大陆季风联系，需要较为特殊的地理配置：东侧需要存在足够强、且降水中心远离赤道的季风系统，其西侧还需要有另一片处在大尺度环流响应范围内的季风大陆。分析表明，南亚—北非这样的空间组合在地球历史上可能并不常见。

该研究从地质记录、复杂气候模式和理想化动力模型三个层面建立了相互印证的证据链，不仅揭示了新生代南亚季风发展与北非干旱化之间的重要动力联系，也说明区域气候演化不能仅从当地理分布变化来理解——一个大陆上的古地理和季风演化，还可以通过大气环流深刻影响数千公里之外的另一个大陆。

研究团队

论文由北京大学、美国加州大学伯克利分校、英国布里斯托大学、中国科学院青藏高原研究所和中国科学院地质与地球物理研究所等单位合作完成。北京大学物理学院大气与海洋科学系博士后殷子涵与北京大学长聘副教授聂绩为共同第一作者，聂绩和北京大学胡永云教授为共同通讯作者。研究受国家自然科学基金42488201、4237505、北京市自然科学基金JQ23037和美国国家科学基金会与英国自然环境研究理事会联合基金（NE/X015505/1）资助。