中新世非洲地形变化导致索马里急流与南亚夏季风降水的解耦

本研究通过EC-Earth3耦合模型揭示了中新世非洲地形变化在南亚夏季风(SASM)演化中的关键作用：地形变化通过削弱跨赤道索马里急流同时增强阿拉伯海气旋式环流，形成风场与降水的解耦现象，并触发印度洋偶极子(IOD)样变暖模式的正反馈机制，为解释中新世风力和降水代用指标矛盾提供了新机制。

　　

在全球气候变化研究领域，南亚夏季风(SASM)系统的演化机制一直是科学家们关注的焦点。这个影响着数十亿人口生存环境的季风系统，在距今2300万至530万年前的中新世时期经历了重大转变，但令人困惑的是，来自阿拉伯海的风力代用指标（如总有机碳TOC和浮游有孔虫G. bulloides）与南亚陆地的降水代用指标（如δ¹³C和δ¹⁸O）呈现出看似矛盾的变化趋势——风力减弱的同时降水反而增加。这个"风-雨解耦"现象长期困扰着古气候学界，传统理论难以解释这种异常现象。

为了破解这个科学难题，来自中国科学院大气物理研究所等机构的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。他们采用高分辨率的EC-Earth3全耦合地球系统模型，结合线性斜压模型(LBM)实验，首次系统揭示了非洲地形变化在中新世南亚季风演化中的主导作用。这项研究不仅解决了长期存在的代用指标矛盾问题，更为理解构造活动-气候相互作用提供了新视角。

研究人员采用了多尺度研究方法：通过EC-Earth3模型模拟了早中新世(25Ma)、中中新世(15Ma)和晚中新世(5Ma)三个关键时期的气候响应；利用LBM实验验证大气环流异常机制；结合阿拉伯海上涌区(15°-21°N,54°-62°E)和索马里急流核心区(10°S-10°N,40°-50°E)的定量分析；并整合了来自阿拉伯海ODP站点和印度西瓦利克山脉的多代理记录进行验证。特别值得注意的是，研究团队使用了最新的非洲古地形重建数据，确保了边界条件的准确性。

研究结果部分呈现出清晰的机制链条：

非洲地形变化直接导致索马里急流减弱

模拟显示，随着东非高地（包括埃塞俄比亚高原和东非高原）从中新世早期到现代的逐渐抬升，索马里急流核心区风速显著减弱（早中新世减少0.36 m/s，中中新世减少0.22 m/s）。这种减弱源于地形屏障效应的变化——较低的东非高地使赤道以南的东风更易深入非洲内陆，导致跨赤道气流分散而非集中形成强急流。

大气环流异常驱动降水增加

令人惊讶的是，在急流减弱的同时，阿拉伯海却出现了显著的气旋式环流异常（图1d-e红色粗箭头），将热带印度洋的水汽向北输送至SASM区域。通过线性化水汽收支分析发现，这种动态环流变化贡献了降水增加的85-90%，而热力学效应（大气湿度变化）影响甚微。

非洲中部对流抑制的连锁反应

研究发现刚果盆地在中新世早期较高海拔阻碍了大西洋水汽输送，导致非洲中部夏季风减弱（图2）。这种对流抑制触发了开尔文波响应，在热带印度洋产生西风异常，进而强化了阿拉伯海的气旋式环流。LBM实验证实，非洲中部冷却异常确实能通过这种大尺度波列影响南亚季风区。

海洋-大气正反馈机制

被削弱的索马里急流还触发了"西暖东冷"的IOD样变暖模式（图2b-e）：西印度洋异常增温（早中新世+1.2°C）导致赤道东风异常，进而增强爪哇-苏门答腊沿岸上升流。这种海温异常通过削弱印度洋沃克环流（图3a,c），在孟加拉湾诱发反气旋式环流（图3b,d红色粗箭头），进一步增加南亚的水汽辐合。

CO₂效应的对比验证

研究特别对比了CO₂强迫的影响（图4），发现CO₂升高会同时增强索马里急流和降水（遵循"湿者愈湿"机制），无法解释中新世的"风-雨解耦"现象。这一对比凸显了非洲地形变化的独特作用。

这项研究的意义在于建立了完整的机制链条（图5）：非洲地形变化→索马里急流减弱+非洲中部对流抑制→阿拉伯海气旋式环流增强→IOD样正反馈→南亚降水增加。该理论不仅合理解释了中新世代用指标的矛盾，更突破了传统季风理论框架——首次证明在构造时间尺度上，地形变化可通过多级联过程重塑季风系统的关键特征。研究还暗示，在当前全球变暖背景下，类似的"风-雨解耦"现象可能再次出现，这对预测未来南亚水资源变化具有重要启示。