导 读
米兰科维奇理论（Milankovitch Theory）认为北高纬夏季太阳辐射变化主导了冰盖增减及其对轨道尺度全球气候变化的影响。这一理论得到古海洋记录的支持，成为经典气候变化理论。然而，该理论提出至今，尚无法解释一些难题，尤其是经典的 “10万年难题”（100-ka Problem）：冰盖变化以~10万年周期为主，接近地球轨道偏心率周期，而偏心率对太阳辐射变化的贡献要远小于~2万年岁差周期和~4万年地轴倾角周期；以及“季风难题”：占地球表面约一半的低纬地区（~30°N - ~30 °S) 季风盛行、且接收了远大于高纬的太阳辐射；米兰科维奇理论中尚缺乏季风的解释框架。
图1 “Milankovitch-Kutzbach”假说
“Milankovitch理论”与“Kutzbach假说”的结合可以更全面的解释冰盖（~10万年周期）和季风（~2万年周期）轨道尺度水文气候动力学的双重特征，及二者分别与北高纬太阳辐射和低纬太阳辐射差的关系和相互作用。
对于“10万年难题”，文章提出两方面认识：第一，气候历史上发生的冰期终止事件与其它千年事件本质上一致，只是幅度大小不同。千年尺度气候变化时间序列（南极温度和季风变化）的岁差和倾角周期比偏心率更加显著；第二，北高纬冰盖变化速率（而非冰盖大小）具有比偏心率更加显著的岁差和倾角周期，说明岁差和倾角变化对冰盖变化具有主要影响（Roe，2006），而主导冰盖大小变化的10万年周期可能与受轨道变化影响的地球系统内部相互作用有关。这些新思路可部分解答经典的“10万年难题”。
John Imbrie在上世纪指出，过去的轨道理论研究忽视了低纬度季风的变化，存在着“季风难题”。John E. Kutzbach于1981年提出低纬夏季太阳辐射驱动夏季风变化的假说（即“Kutzbach轨道-季风假说”），但长期以来亚洲季风区的许多海洋和黄土记录并不支持这一假说，主要因为海洋记录中的岁差相位明显晚于夏季太阳辐射（即“陆-海岁差相位难题”）和黄土磁化率记录的夏季风变化以10万年周期为主（指示冰盖驱动，即“中国的10万年难题”）。但近20年来的洞穴石笋记录揭示了低纬季风变化在轨道尺度上以岁差周期为主、南北半球在岁差波段上呈反相位关系，且相位没有明显晚于夏季太阳辐射变化的特点。这些发现支持“Kutzbach轨道-季风假说”。
对比模拟结果与地质记录，文章提出“季风系统科学”， 其核心为改变过去“盲人摸象”的研究方法，建立新的研究范式，将不同的季风区地质记录看作是刻画季风系统这头“大象”的不同方面的互补信息，以此来拼出“大象”的全貌。在季风系统科学的整体框架下，海洋、黄土、石笋等记录之间的空间差异、主导周期和相位关系的难题只是“表面上的”，可以得到系统的阐释，“Kutzbach轨道-季风假说”与目前地质记录和模拟结果也能够吻合。
总结与展望
文章建议将米兰科维奇理论与“Kutzbach轨道-季风假说”相结合，形成一个更加完整、统一的气候变化轨道假说，即“Milankovitch-Kutzbach假说”，来刻画高纬冰盖-低纬季风的“二元世界”，包括北高纬太阳辐射驱动冰盖变化及其全球影响（如温度变化）和低纬太阳辐射差驱动岁差尺度反相位的全球季风变化（特别是低纬水文循环），以及“二元世界”之间的密切相互作用。这一假说有待进一步充实和检验，特别是通过季风系统科学研究范式来进一步深入理解全球季风的动力学机制，解析全球范围内的高–低纬气候的相互作用和反馈机制等。
责任编辑
宋恩名 复旦大学
王香明 中国科学院生物物理研究所
本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第六期以Review发表的“Milankovitch theory and monsoon” (投稿: 2022-08-03；接收: 2022-10-09；在线刊出: 2022-10-18)。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100338
引用格式：Cheng H., Li H., Sha L., et al. (2022). Milankovitch theory and monsoon.The Innovation. 3(6),100338.