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| 破解西沙群岛千年气候奥秘 |
| ——《自然—通讯》发表中国科大学者对热带太平洋世纪尺度气候变化机制的新见解 |
□丁佳
2008年，经过我国南海西沙群岛地区的渔民，一定会看到6个奇怪的人。
他们每天要做的第一件事，就是跑到烈日下忙忙碌碌，还把含大量鸟粪的泥沙当做宝贝一样收集起来。
渔民们可能不知道，这些神秘的人是中国科技大学极地环境研究室孙立广课题组的一群科研工作者，而这已经是他们第二次西沙之行了。
4月26日，《自然—通讯》发表了孙立广课题组的研究论文South China Sea hydrological changes and Pacific Walker Circulation variations over the last millennium（《过去千年南海水文变化与太平洋沃克环流变化》）。该研究通过对南海地区过去千年降雨变化的分析，对热带太平洋地区世纪尺度的气候变化机制提出了新的认识。
是我们错了，还是经典理论错了？
南海在气候变化研究领域是一个非常重要的区域，它是连接热带气候和中国气候的纽带。2003年以来，孙立广课题组的成员在南海地区作了多年的古生态古气候调查，掌握了大量的本底数据，发表了一系列论文。
开始的时候，研究人员只是去记录鸟粪土层中的古生态气候数据。但不久之后他们就发现了一个重要的问题，南海西沙群岛地区的降雨变化情况与传统热带气候变化机制理论——热带辐合带摆动理论（ITCZ）的预测结果存在差异。
“中国人的传统思想是，我们与国外学术权威的结果一致，就很安心，如果结果不一样，发文章就很成问题。”孙立广坦承，这样的惯性思维也让他走了不少弯路。
一开始，孙立广等人也试图用ITCZ理论去解释他们的观测数据，但却怎么都解释不通。“到底是我们错了，还是传统理论有问题？”孙立广不止一次这样问自己。
抱着非要把这个问题弄清楚的想法，孙立广的课题组第二次进入了西沙群岛，那时已经是2008年。
那时，本篇论文的第一作者晏宏还是本科4年级的学生，他幸运地被“发配”到炎热的西沙群岛待了一个月。在这一个月里，每天他们在野外采样的时间差不多有12个小时，晚上回来还要继续整理样品。
“这的确算得上我出野外比较辛苦的一次。”晏宏告诉《科学时报》记者，“不过西沙群岛是军事管理区，去一趟不容易，得抓紧时间拼命干。那次我们带回了1吨多重的样品。”
他们的努力没有白费。在国家自然科学基金重点项目的连续支持下，孙立广课题组过去8年的两次科学考察，采集了多个时间跨度超过千年的沉积柱，在碳氧同位素记录基础上，又用粒度分析的方法进行了古降雨记录的重建，两种方法都得到了一致的结果。
他们的研究结果表明，位于赤道辐合带北界附近的南海西沙地区在小冰期期间出现了降雨量增多的情况，而这一结果也确实是传统ITCZ理论所不能解释的。
降雨记录轻巧反演气候变化
ITCZ理论适用于解释全球大部分热带地区的世纪尺度降雨变化，但到了太平洋东西两岸，这一经典理论却莫名地失效了。
“太平洋东西两岸的情况比较特殊，因为这两个地方存在着一个非常强的纬向大气环流——太平洋沃克环流。这个环流是与厄尔尼诺现象联系在一起的，它对这两个区域的降雨影响特别强烈。”晏宏解释称。
由于沃克环流是一个大尺度的空间环流，因此单点的研究结果很难将它的空间模式变化还原出来。因此，孙立广等人进一步整合了热带太平洋东西两岸地区8个点的古气候记录，重建了过去千年热带太平洋地区降雨的空间结构变化，得到的结果证实了他们的假说。
在相对较冷的小冰期（公元1400~1850年），热带西太平洋地区降雨增多，而热带中东太平洋降雨减少，表明该时段太平洋沃克环流较强；而在相对较为温暖的中世纪暖期（公元800~1300年），热带西太平洋地区降雨偏少，而热带中东太平洋降雨偏多，表明该时段太平洋沃克环流较弱。
这个结果让大家感到很兴奋：因为太平洋沃克环流对现代中国气候的影响非常大，如果能够通过太平洋降雨记录反演太平洋沃克环流的变化，就可以了解中国历史时期气候变化与沃克环流的关系，而这对预测中国中长期气候变化是非常有帮助的。
“这篇文章最重要的两个贡献，一个是否定了ITCZ理论的全球性；另一个就是建立了南海的降雨量记录，并将太平洋东西两岸热带地区已有的降雨记录整合了起来，反演出过去1000年沃克环流的变化情况。”晏宏总结道。
但由于这两个主要观点都与主流观点不一致，所以在这篇文章的审稿过程中，他们遭遇了强烈质疑。但在美国伍兹霍特研究所Oppo、香港大学柳中晖、美国INH王玉宏等学者的帮助下，他们最终用充足的证据说服了审稿人。
这一结果也激发了课题组更多的灵感。他们不仅提出了热带太平洋地区世纪尺度降雨变化的新机制，还发现沃克环流的变化与背景温度及太阳辐射之间的联系。如果深入研究下去，将有助于揭示热带地区气候变化的驱动机制，甚至预测未来气候变化的趋势。
《自然—通讯》的审稿人认为，“这一证据的发现和新机制的提出是对热带气候变化研究领域的重要贡献，它将激发科学家对这一研究领域的好奇与兴趣。”
从南北极到中国近海
孙立广的名字似乎和南北极分不开。从上世纪90年代开始，他就多次赴南北极进行科研和考察，在《自然》等一流学术刊物上发表过许多重要的文章。
然而从2003年起，人们却开始在中国近海的许多地方见到孙立广的身影。
“我当时是准备把南北极的研究进行到底的，的确没有想过在南海开展工作。”孙立广说，“当时我正准备申请自然基金，想继续开展南极生态地质学研究。”
那时，我国著名物理海洋学家、中科院院士苏纪兰得知这件事情，给孙立广支了一招：“为什么一定要在南极呢？你们可以到中国近海来作研究，既能满足国家需求，还可以进行与南北极的对比研究。”
孙立广觉得这个主意真不错，随即向基金委提交了申请，得到批准后，在总参作战部、西沙水警区的支持下进入了南海地区。
新的问题又来了，孙立广要作的这项研究需要用到许多古气候学的理论，但这一领域却是孙立广涉猎很少的。
孙立广抱着试试看的态度，给时任中科院地质与地球物理研究所所长的丁仲礼写了封信，邀请他到中科大给他们讲讲“古气候学”这门课。考虑到他工作非常繁忙，孙立广也没有抱太多的希望。
“没想到他竟欣然答应了。”孙立广回忆说。从那以后的两年时间里，丁仲礼每年都会抽出10天到科大讲课。“就是从这门课里，我们学到了很多古气候学方面的知识，这对我们的思路启发很大。”
2008年，孙立广和中科大教授谢周清在Nature网站的Nature Preceding栏目里存档了一篇论文：《厄尔尼诺的热摇篮》，思考的问题就是传统观点中的厄尔尼诺起源机制究竟对不对。“这篇论文有点异想天开，但我们整个的思想源头其实就在那篇文章里。从那之后，我们就开始把大气科学、海洋科学、生态科学、全球气候变化全部连在一起考虑了。”
晏宏说自己正是得益于孙立广的“异想天开”。他说：“孙老师的思路很开阔，很多想法和一般的研究人员有些不同，他不会拘泥于文献中的东西，经常会提出自己的看法。在这个方面，我从他身上学到了很多东西。”
而孙立广也认为，应该给学生“异想天开”的充分自由。2004年，孙立广给本科生上课的时候，晏宏就在那个班上。当时孙立广对全班学生提出了一个问题：厄尔尼诺的源头到底是什么？
“当时全班200多个学生，有一半学生写了论文，只有晏宏一直把这个问题记在心里。他很有想法，经常和我争论，我很喜欢这个学生的个性和创新的实干精神。”孙立广说，“今年他获得了教育部博士生学术新人奖。”
在这样的学术氛围下，孙立广的学生毕业后，都能够很快地独当一面，成为学科带头人，自己带研究生，组建自己的团队。“我余下的工作时间不多了，但科大有非常好的学术氛围，学术小组有一批优秀的青年科学家和研究生，又有一批国内外杰出的科学家支持。相信在中长期气候变化领域，科大会继续做出更好的工作。”孙立广对年轻人充满了期待。
而在这些岁月里，除了桃李满天下的学生，孙立广的脚步也渐渐遍布了全国。用他自己的话说，这叫做“布棋子”：“在中长期气候变化中，沃克环流究竟是不是影响了中国、影响到什么程度、未来气候变化的趋势会怎么样，这些问题都太重要了，可我们国家还比较缺乏相关的数据。所以一定要做，就算没有项目支持，自己出钱也要做。”
《科学时报》 (2011-05-04 A1 要闻)