北大教授訪談法國學者：如何理解影響數十億人的季風系統？

Gilles Ramstein博士

撰文｜胡永云?

季風系統主要由海陸熱力差異驅動。在地質歷史時期，海陸分布經歷了劇烈的分裂與聚合變化。這些海陸分布的變化如何影響季風系統？這一問題不僅是理解季風系統演化的關鍵，也是理解地球系統演化的核心。

帶著這個問題，《國家科學評論》（National Science Review，NSR）編委、北京大學胡永云教授代表NSR采訪了法國氣候與環境科學實驗室（LSCE）研究主任、季風與古氣候領域的國際著名學者Gilles Ramstein博士。本次訪談從現代季風出發，延伸至古季風與未來季風。Ramstein博士回顧了自己在季風與古氣候領域的主要貢獻和研究經驗，也提到了中國學者在這個領域的貢獻，并為青年科學家提出了寶貴建議與殷切期望。

Ramstein博士還說，在經費方面，中國目前的實際情況比法國好。但中國從事基礎研究的青年科學家在發表論文方面有著巨大壓力，因為研究人員太多了。而壓力太大之下，可能會最終發表不太恰當的論文。因此，讓非常優秀的科學家留在體系內是好的，最重要的是保障基礎研究，吸引優秀的學生，并為他們提供長期良好的薪資和經費條件。

現代季風：區域性與全球性

NSR：關于季風系統的論文可能有上千篇。為什么人們對季風如此感興趣？

Ramstein：我認為有兩個主要原因。第一個也是最重要的原因是，數十億人生活在季風區。季風對我們的生活環境有著極其重要的影響。因此，這可以說是一個人口學問題，研究季風的演化至關重要。第二個原因是對研究人員來說的。季風具有根本性的重要意義。季風是連接海洋與大陸相互作用的氣候系統之一，因此，理解季風系統在不同時間尺度上的演化是一個極具吸引力的問題。古季風是一個非常迷人的課題，并且變得越來越有吸引力，研究古季風無疑有助于更好地預測未來的季風。

NSR：目前存在六個區域性季風系統。這些區域性季風各自有哪些不同特征？

Ramstein：在現代，有兩個巨大的季風系統：非洲季風和亞洲季風。其他季風系統也很重要，且彼此差異巨大。當然，存在全球季風的概念。但在季風系統的研究歷史中，區域性季風的概念與全球季風截然不同。我稍后會再回到全球季風的概念。

這些區域性季風系統的演化差異很大，這不僅適用于過去，也適用于未來。大多數時候，這些季風系統主要由類似的過程驅動，但它們之間存在巨大差異。例如，其中一些與ENSO（厄爾尼諾-南方濤動）相關，一些則與格陵蘭冰蓋融化的淡水有關。如果格陵蘭冰蓋大量融化，將對熱帶輻合帶產生直接且重大的影響，將其向南推動，從而直接改變非洲和南美的季風，而這對其它區域季風則并非如此。

NSR：全球季風的概念大約在二十年前提出。您如何看待全球季風的概念？它是否更好地描述了季風？

Ramstein：是的，我認為這無疑是一個重要的概念，它讓我們不只關注非洲和亞洲季風。首先，全球季風概念對我們的一大好處是，我們可以利用衛星數據來研究季風系統。由于區域季風在全球季風概念下得到統一，我們可以看到不同區域季風系統之間的相互作用，以及它們如何響應同一強迫，例如溫室氣體的增加。所以，我認為這個概念是很有用的。

但對我來說，具體理解每個區域季風如何演化同樣非常重要。不同區域季風系統的演化受特定背景驅動，例如，亞洲季風受到造山運動的影響，而非洲季風則直接受到冰蓋在冰期-間冰期旋回中融化的淡水調節。

因此，區域季風取決于時間尺度和古地理演化。我只舉一個例子，這也凸顯了我們用模型正確捕捉季風的能力。在上世紀末的90年代，受庫茨巴赫（Kutzbach）和拉迪曼（Ruddiman）的傳統影響，我們對亞洲季風或印度季風的起源感到著迷。他們認為亞洲季風的起源與青藏高原的隆升有關。此后取得了很大進展，這要歸功于中國的同行們的研究，我們現在對季風演化的區域背景有了更深入的了解。但這是否意味著只需要考慮青藏高原的隆升？這不是一個簡單的問題。

在古氣候研究中，最難推斷的參數就是青藏高原的古海拔高度。因此，許多中國的建模者和代用指標研究人員正努力更好地理解這一點。這是每個系統特有的問題，對澳大利亞季風或南美季風而言則并非如此。

但還有其他問題。對于亞洲季風，尤其是東亞季風，我認為非常重要。我研究東亞季風的起源，而張仲石研究非洲季風。我們的工作強調并量化了特提斯洋退卻和青藏高原隆升對東亞夏季風的不同影響。大約在我之后15年，（北京大學教授）張仲石研究了特提斯洋對非洲季風的影響。他發現特提斯洋退卻對非洲季風也起著同樣重要的作用。因此，特提斯洋的退卻不僅對亞洲季風重要，對非洲季風也同樣重要。這完全改變了水循環的情景。

所以，我的感覺是，當你具體研究一個區域季風系統時，你無法回避其全球行為。從這個意義上說，就是全球季風的概念。

古季風：不只是海陸熱力差異

NSR：傳統觀點認為季風系統由海陸熱力差異驅動。您如何看待地質歷史時期大陸演化對季風的影響？

Ramstein：我經常向人們解釋，大約4000萬年前，現今的東歐和西亞地區存在一個巨大的特提斯洋。在這個巨大的洋盆背景下，夏季會更涼爽，冬季會更溫暖，因此季風系統不會那么強。

這一點人們可以理解，因為人們明白，當大陸和海洋之間的溫度梯度很大時，季風就會很強；而當溫度梯度不大時，季風系統就不會那么強大。因此，向人們解釋這一點非常重要。然而，這有點過于簡化了。僅僅用海陸溫度對比并不能完全解釋季風的驅動力。實際情況要復雜得多。

為了向人們解釋并使其理解，海陸熱力對比的概念是可行的。但實際上，季風系統要復雜得多。例如東亞季風和印度季風，它們非常依賴地形，因為降水的空間分布隨海拔高度變化而顯著不同。是海拔、地形以及所有這些因素在季風系統中扮演著重要角色。熱力梯度這個術語適用于教科書，但對于研究而言，我們需要更深入的理解，捕捉更多的過程，才能解釋季風的空間格局和持續時間。

NSR：加州大學伯克利分校的比爾·布斯（Bil Boos）教授認為，“海陸熱力對比”在描述季風驅動力時并不準確。相反，他提出濕靜力能才是驅動力。您怎么看？

Ramstein：我認為這絕對是正確的。例如在法國，為了解釋極端降雨事件，人們著迷于這樣一個事實：當發生我們稱之為“第七周事件”的極端降雨時，地中海地區變得極其潮濕。夏末，地中海表面非常炎熱，空氣濕度極高，你會得到巨量的水汽。這是法國極端降水的根本因素，水汽被平流輸送到法國。在法國，這類極端降水的第一個月是七月，你會得到大量降雨。我們能用熱力梯度來解釋嗎？事實是，在降雨過程中，濕度是最重要的。正如我所說，熱力對比是一種簡化的觀點。

如果你想更深入地解釋降水格局、持續時間及其時空結構，其內容比海洋和大陸之間的海陸熱力對比要復雜得多。

NSR：但有些人仍然認為海陸熱力對比是驅動力，而濕靜力能觀點更像是一種診斷結果。

Ramstein：這真的取決于你關注什么。如果你從機理和能量的角度來看，你會想知道能量在哪里消散，那么當然，你必須考慮潛熱和感熱或可用能量的收支，你會得到不同的觀點。

我認為兩者都有道理。這取決于你對系統中所含能量及其消散更感興趣，還是像我一樣，作為一個氣候研究者，理解季風發生的框架。如果你對這個框架感興趣，那么當季風吹起時，它當然在很大程度上取決于熱力對比。

NSR：根據我的理解，亞洲季風與海陸熱力對比關系更大，我指的是南北方向的海陸熱力對比。但對于非洲季風，則不存在這樣的熱力梯度。

Ramstein：北大西洋和北非之間其實也存在一定的熱力對比，這可以解釋很多問題。例如，張仲石通過始新世晚期到古新世的模擬實驗表明，特提斯洋的退卻徹底改變了水循環，并導致了撒哈拉沙漠的干旱化。當然，非洲季風與地形之間的熱力對比之間存在聯系，但要復雜得多。如果如此簡單，那么所有模型對21世紀的非洲季風預測就會一致，但它們并不一致。這意味著事情并非僅僅通過夏季的海陸對比就能解釋清楚。

對于非洲季風來說，它不是南北向的熱力對比。它依賴于大氣環流。還有一些重要的反饋。例如，我的同事帕斯卡爾·布拉科諾（Pascale Braconnot），她研究中全新世的季風，證明了存在許多反饋機制才能捕捉非洲季風的真實強度，其中之一就是通過植被和湖泊。這些反饋無疑是很重要的。

NSR：在您看來，季風研究取得了哪些主要進展？比如說從庫茨巴赫時代甚至更早說起。

Ramstein：讓我想想。我試著回顧一下。我認識拉迪曼和庫茨巴赫這些人，他們是優秀的氣候學家，有非常棒的想法。我不會忘記，當他們剛開始研究季風時，只有純大氣模型，而且使用的是低分辨率的大氣模型，空間分辨率非常粗糙。

回顧大約40年前，現在取得了令人難以置信的重大進展。首先，現在的地球系統模型不僅包含大氣分量，還包含海洋、植被分量及其反饋。其次，使用高分辨率模型，我們能夠更好地捕捉地形，這對季風的模擬很重要。這些進展得益于同行們獲取了更多的沉積物巖芯，更好地記錄了季風的演化。古海拔重建非常困難。但現在，我們能更好地理解山脈的歷史。因此，我們使用的模型不再是純大氣模型，而是包含植被甚至氧18同位素的海氣耦合地球系統模型。有了這些模型，我們可以理解很多事情。從這個角度來看，看到我們取得的進展，我感到非常了不起。

然而，研究并未結束。如果我們足夠優秀，就應該能夠診斷季風系統對二氧化碳加倍僅做出的響應。但這遠非易事，因為首先不僅僅是二氧化碳加倍，還有土地利用變化和氣溶膠增加。

我的感受是兩方面的。一方面，我們在理解季風系統及其與海洋、大氣的相互作用方面取得了令人難以置信的進步。另一方面，要可靠地模擬和預測季風，仍有大量進展需要取得，因為這些結果對未來數十億人至關重要。

NSR：我認為季風研究的一個主要進展，特別是針對東亞季風，是您和張仲石的研究。在那項工作中，你們認為特提斯洋退卻與青藏高原隆升對增強東亞季風同等重要。

Ramstein：我認為這在當時是一個非常重要的觀點。事實上，特提斯洋的退卻不僅對你提到的東亞季風重要，對非洲季風和北非的水文狀況也同樣重要。對于東亞季風來說，它確實是主要組成部分之一，就像青藏高原隆升一樣。

NSR：您提到古地理對古季風很重要，例如特提斯洋退卻。那么二氧化碳或氣候變化對古季風有何影響？

Ramstein：季風系統將如何對二氧化碳做出反應？回顧過去，二氧化碳是古季風的一個非常重要的關鍵因素嗎？你會發現亞歷克斯·法恩斯沃思（Alex Farnsworth）的論文以及你們的工作對此給出了結論。這些研究表明，實際上，在構造時間尺度上，驅動季風系統的主要是古地理的變化，而不是二氧化碳。我相信這是正確的，我認為古地理是地質時間尺度上驅動古季風演化的關鍵因素。二氧化碳很重要，但在地質時間尺度上，首要角色無疑是大陸分布。這就是為什么我認為在地質時間尺度上存在兩個主要的地質事件——特提斯洋的退卻和青藏高原的隆升——對亞洲季風至關重要。這比單純的山脈要復雜得多。此外，得益于張冉、趙艷和其他同行的工作，他們證明了其他山脈也在亞洲季風演化中發揮作用。我們現在知道這兩個地質因素主要發生了變化，這真的非常重要。二氧化碳也很重要。相比之下，當今二氧化碳的演化速度如此之快，以至于它將深刻影響氣候變化并改變季風系統。

但我不認為二氧化碳在地質時間尺度上如此重要。回到地質時間尺度，海道的改變肯定也對季風產生了影響。

NSR：我們最近也有兩篇論文表明，在構造時間尺度上，大陸演化主導著全球季風系統，并且我們展示了季風系統表現出超級旋回，由超級大陸旋回驅動。

NSR：您如何看待季風與人類演化和擴散之間的聯系？您已經提到了一些。

Ramstein：事實上，在過去幾年里我對此做了大量研究。我啟動了一個大型項目來理解這一問題。記錄顯示，在新近紀初期，大約2300萬年前，猿類生活在熱帶森林中，我們有骨骼和花粉的記錄。我們也知道在1700萬年前的中中新世氣候最適宜期，猿類能夠通過不同途徑走出非洲，并到達歐洲，有骨骼和花粉證據顯示這一點。這是猿類首次走出非洲。這并非偶然，因為中中新世期間，南歐的氣候形成了熱帶森林，對猿類來說是良好的生活環境，因此一些猿類決定前往歐洲。

我們還知道，在1400或1300萬年前，當氣候再次開始變冷時，歐洲再也沒有熱帶森林了，你找不到花粉，也找不到猿類骨骼。猿類只有兩個選擇：返回非洲或留在東南亞。我們知道它們遷徙了，因為氣候不斷變冷，它們的生態位縮小了，最終在中新世末期到達印度尼西亞，并一直生活在那里。

這種擴散實際上完全是由氣候驅動的。不像智人可以適應氣候環境，猿類無法適應變冷，它們必須生活在熱帶森林中。通過我們的氣候模擬結合植被模型，我們可以模擬這種擴散。我和同事們為此努力工作，以理解這種擴散。

未來季風：冰蓋融化與新的挑戰

Ramstein：但我相信，對于未來氣候，二氧化碳仍然非常重要。為了繼續研究，我將僅舉兩個例子，它們來自中國同行發表的論文。土地利用的影響是一個重要因素，人類活動的影響導致了這個緊急因素。這是一個我們無法從過去找到類比的新因素和新驅動力。我們仍在研究這些因素，以期獲得更深入的了解。

NSR：在您看來，我們應該致力研究的季風研究重要方向有哪些？

Ramstein：這將是一個非常不同的觀點。我也在研究另一個課題。從現在起到未來幾十年或一個世紀，我們可以預期冰蓋將部分融化，并且是非線性過程。如果你觀察冰川變化的記錄，你會看到從1.9萬年前到9千年前的冰消期導致了120米的海平面上升，我們有非常好的海平面記錄。我們完全清楚這不是一個線性過程。我們當前時期的海平面上升正在加速。我認為過去幾十年間最快的上升速率是每年3.7毫米。但現在已經達到每年4.2毫米。這是我們在全新世所見過的海平面上升的最大加速度。所以，我認為考慮到格陵蘭和南極冰蓋加速融化這一事實非常重要。

特別是格陵蘭和西南極冰蓋的融化，將導致大西洋經向翻轉環流的嚴重減弱。我們確信這一點，因為古氣候數據顯示曾發生過許多大規模的冰山涌出事件。如果大西洋經向翻轉環流減弱，它將影響全球氣候，并將熱帶輻合帶向南推動，從而影響季風和數十億人生活的地區。這意味著對于未來的研究，我認為我們必須關注冰蓋的融化。

2025年5月，Gilles Ramstein博士在中國做學術報告

科學人生

NSR：您是世界著名的古氣候學家。您如何總結您的學術生涯？換句話說，您職業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學者。但我可以告訴你，對我而言，在三個領域做出了有所創新的成果。第一個是雪球地球。這對我來說非常重要。主要的發現是試圖理解：雪球地球為什么會發生？如何發生？為什么持續了數百萬年？為什么在地球上持續那么久？

在這個課題上，我要感謝我的學生們，這一點非常重要。我一直有非常優秀的學生，多虧了他們，我才能取得一些進展。

關于雪球地球，我們試圖理解為什么新元古代會發生雪球事件。這是與雅尼克·多納迪厄（Yannick Donnadieu）以及所有同事合作的一項工作。我認為我們解決了這個問題。然后我們也理解了為什么雪球地球的終結看起來像冰期和間冰期。

另一個成就與地質學家和沉積學家的合作有關。我訪問了巴黎地球物理研究所，類似于北京的中國科學院地質與地球物理研究所。那里有一位名叫讓·貝斯（Jean Besse）的研究員，他和他的地質學家同事們繪制了從白堊紀到中新世特提斯洋退卻的地圖。他們首次出版了一本有據可查的地圖集。他們對我說：很奇怪，我們在這個課題上做了很多工作，但沒有從事模擬的學者關注它。然后我說，這很簡單，如果你們愿意，我可以做。

這并非因為我有多厲害，而是因為我真正傾聽了這些數據專家的意見。利用他們的古地理圖，和我的同事弗雷德里克·弗呂托（Frédéric Fluteau）一起，我可以模擬新生代的氣候，并量化一些情景，特別是特提斯洋退卻對氣候和季風的影響。我還研究了新生代氣候演化的其他方面，例如與海道開閉作為海洋動力主要強迫因素的關系，氣候和水文對人類以及人類擴散的影響等等。

我還研究未來氣候的閾值問題。例如，我研究了很多海因里希事件，以及當大量冰山涌出時會發生什么：氣候將如何變化？海洋和大氣動力學將如何響應？海平面將如何上升？我在這些課題上投入了大量精力。

正如我告訴你的，我還涉獵了一個完全不同的課題，即使用經典的IPCC情景研究21世紀媒介傳播疾病的擴散。我還使用考慮格陵蘭冰蓋部分融化的情景進行研究，展示了它對大西洋經向翻轉環流的影響，并深刻改變了季風區的水循環狀況，從而導致瘧疾的擴散。這對我來說也相當重要。當我和我的同事西里爾·卡米納德（Cyril Caminade）以及博士生阿莉澤·凱米森（Alizée Chemison）發表關于格陵蘭冰蓋加速融化后果的論文時，我們的結果表明，不僅沿海地區會受影響，季風區也會發生遷移。

西里爾·卡米納德是媒介傳播疾病的專家，他告訴我，不僅是人類遷移，媒介傳播疾病也會遷移。我問他，那是什么問題？請給我解釋一下瘧疾傳播？這位研究者說，根據IPCC情景，下個世紀將變得非常炎熱。在非洲低地，連蚊子都無法生存，它們會死亡，所以它們也會遷移到非洲東部高原，那里有更適合蚊蟲的降水和溫度。根據IPCC情景，瘧疾將轉移到非洲東部高原。

我認為這非常重要，因為現在在法國，我們出現了許多媒介傳播疾病。這是由于氣候變化，它為某些媒介傳播疾病的遷移和發展提供了適宜條件。它們改變了疾病發生的區域，也出現了新的潛在區域。

我發表了一篇關于該問題的論文，他也發表了一篇關于此主題的論文，我們合作看看是否有共識。結果表明，氣候變化也將改變瘧疾的分布并將其推向東非，而我們模擬格陵蘭冰蓋部分融化的結果表明，其后果是導致瘧疾向南非遷移。

我認為這也是對未來氣候變化的一點貢獻。我非常高興，也感謝我的古氣候研究，它為預防疾病提供了一些情景。這類研究對于預防或適應因快速氣候變化導致的媒介傳播疾病擴散可能非常有用。

建議與期望

NSR：您想對年輕人說些什么來激發他們對古氣候的興趣？

Ramstein：我不了解中國的情況，因為學術體系與法國不同。在如今的法國，當有想從事研究的優秀學生來找我，說：“吉勒，我想研究雪球地球。” 我可能會告訴他們：“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，因為氣候變化如此之快。你可能想研究氣候變化的影響，而我在海洋和大氣動力學方面的知識可以提供幫助。”

但有一件事我們必須牢記，這非常重要。如果每個人都想研究氣候的影響，我們需要從事基礎研究，致力于基礎研究的關鍵問題。我僅舉兩個例子。冰蓋可能失穩，這不僅影響格陵蘭和西南極冰蓋，還會影響全球氣候，因為冰山涌出可能會影響北大西洋。這是一種古氣候研究，屬于真正的基礎研究。

另一個例子與海洋有關。全球平均海平面僅僅是全球變暖的后果嗎？它本身能否成為氣候變化的重要強迫因素？你只能通過大尺度環流模型來檢驗。我們注意到，在上次間冰期，海平面上升了約2到6米。如果考慮到這一點，首先由張仲石等人使用NorESM1-F模型進行，并發表的末次間冰期模擬工作。為了獲得更好的模擬結果，只能回歸基礎研究。所以，我的觀點是，保持基礎研究非常重要。如果沒有基礎研究，氣候影響研究將會非常糟糕，因為基礎研究是思想的源泉。

NSR：如今，青年科學家面臨著來自發表論文和研究經費的雙重壓力。您對他們有什么建議？

Ramstein：是的，從事古氣候研究需要一些經費，需要一點錢到處走走，獲取新的沉積物記錄，進行建模。至少在法國，從資助機構獲得經費確實是個問題。對于青年科學家來說，無論是成功獲得項目資助，還是發表論文以最終獲得永久職位，都面臨著巨大的壓力。我非常幸運，因為40年前，至少在法國，發表論文有壓力，但沒有那么大，獲得項目支持也沒那么難。

但現在，即使像我這樣的資深科學家，甚至你認為我是世界知名的研究者，我也必須為成功獲得項目、爭取研究經費而奮斗。我在這方面浪費了很多時間。我擅長做研究，但不擅長找錢。所以，我認為這對像我這樣的老年人不太好。然而，對于那些剛剛開始研究工作的年輕人來說，爭取經費的壓力更糟。你們應該為他們創造更多機會。

事實上，我的感覺是，法國的問題之一是沒有真正的長期計劃。人們為未來兩年政治將發生什么而掙扎。我來過中國很多次。我感覺中國的一個優勢是你們有長遠的思考，知道未來走向。所以，我認為在經費方面，中國的實際情況比法國好。另一方面，盡管中國科研體系的經費更多，但從事基礎研究的青年科學家在發表論文方面面臨著真正的巨大壓力，因為研究人員太多了。這一點真的需要認真思考。

發表論文很重要。但是，發表大量論文的想法在歐洲是不合理的，對研究也不好，因為研究需要時間。你可以對一個假想思考多年，然后得到一個良好且可靠的結果。如果你每六個月就發表一篇論文，結果可能在六個月后就被證明是錯誤的。對我來說這是無意義的，因為人們壓力太大，最終發表了不太恰當的論文。讓非常優秀的科學家留在體系內是好的，最重要的是保障基礎研究，吸引優秀的學生，為他們提供長期良好的薪資和經費條件。我們需要認真思考這個問題。

注：本文原標題《大陸演化與季風系統演變：專訪Gilles Ramstein | NSR訪談》，英文原版請點擊“閱讀原文”或參見https://doi.org/10.1093/nsr/nwag29