氣候臨界點(climate tipping point)是指氣候系統從一種穩定狀態轉變到另一種穩定狀態的閾值，一旦超過這個閾值，氣候系統狀態會發生重大且不可逆的變化。科學家認為，過度的全球變暖可能會引發地球氣候系統的臨界點，導致地球氣候發生不可逆轉的突變，對地球上的生命產生災難性的影響，人類陷入前所未有的浩劫，就像電影《后天》所描繪的那樣。東亞夏季風是地球氣候系統的重要組成部分，東亞夏季風降水影響著我國東部地區的農業和經濟等方方面面。但是，東亞夏季風變化的非線性過程一直是氣候變化研究的難題，對于東亞夏季風臨界點的認識幾乎是空白，主要原因是缺少長度和分辨率足以檢測東亞夏季風臨界點的過去降水定量化記錄。

我校地理與海洋科學學院鹿化煜教授團隊長期致力于過去氣候定量化研究，近期在東亞夏季風臨界點研究方面取得了突破。他們通過對廣東雷州半島青桐洋瑪珥湖沉積物巖心進行高精度的加速器質譜碳十四(AMS 14C)和銫-鉛同位素測定，建立年代標尺，對沉積物樣品的色度、鐵元素、錳元素、鈣元素等代用指標進行高分辨率測試，并采用主成分回歸等統計學方法和深度學習等人工智能技術，對末次冰盛期(22000年前)以來的降水量變化進行集合重建，發現過去兩萬年東亞夏季風系統存在5個主要的臨界點，觸發了季風降水的突變，降水快速變化的幅度為387 ± 73 mm (24 ± 5 %)。每次季風突變發生以后，降水量都維持在新的狀態1000年以上，直到下一次季風突變發生。

圖1 基于多種算法重建的過去22000年東亞夏季風降水量變化。

結合區域代用指標集成和古氣候多模型模擬，鹿化煜教授團隊揭示了東亞夏季風降水發生臨界點突變的空間模態及其驅動機制，發現北大西洋經向翻轉環流(AMOC)和撒哈拉植被突變能夠對東亞夏季風降水變化產生多米諾骨牌效應。AMOC突變主要通過改變南北半球之間的溫度梯度來影響熱帶輻合帶(ITCZ)的位置，從而影響東亞夏季風降水。AMOC突變也能通過改變西風帶的位置和強度來影響東亞夏季風降水。基于大量的代用指標集成和多模型模擬對比分析，他們發現東亞夏季風降水對AMOC突變的響應可能并不存在三極子模式，即我國東部降水從南到北呈現“旱-澇-旱”或者“澇-旱-澇”的模式，現有的耦合氣候模型模擬存在偏差，難以正確模擬東亞夏季風降水的變化。

圖2 模擬和指標對比揭示末次冰消期AMOC突變對東亞區域降水的影響。

撒哈拉植被突變主要通過植被-粉塵-冰凍圈反饋影響東亞夏季風降水。撒哈拉植被變化直接影響撒哈拉地區的地表反照率和粉塵排放，從而影響全球溫度變化，進而影響大氣環流和降水。在本研究中，鹿化煜教授團隊創新性地提出撒哈拉植被變化影響東亞夏季風降水的新途徑：北大西洋濤動(NAO)和青藏高原。氣候模擬顯示，撒哈拉植被消亡能夠導致北極地區和青藏高原降溫。北極地區降溫驅動NAO向負位相轉變，西風帶南移，與此相關的大氣波列向東傳播，影響東亞夏季風降水。青藏高原是驅動亞洲夏季風的熱源，青藏高原降溫直接降低海陸熱力梯度，從而減弱東亞夏季風環流，減少東亞夏季風降水。

圖3 古氣候模擬揭示撒哈拉植被消亡對地表溫度和海平面大氣壓的影響。

研究團隊基于多指標和多方法對過去22000年東亞夏季風降水變化的定量重建，為理解長期氣候變化背景下東亞夏季風降水的驅動機制和響應過程提供了新證據。特別是，他們的研究表明，東亞夏季風降水突變可能是全球氣候臨界點的一部分，如果未來全球變暖超過1.5℃的閾值引發地球氣候系統臨界要素突變，可能將引發東亞夏季風降水的級聯突變，從而影響數十億人的生命財產安全。

該研究成果以“Tipping point-induced abrupt shifts in East Asian hydroclimate since the Last Glacial Maximum”為題于2025年1月8日正式發表在Nature子刊《Nature Communications》上。地理與海洋科學學院陸福志為第一作者，鹿化煜教授為通訊作者。參與研究的還有地理與海洋科學學院的師生顧銚、林鵬雨、張紅艷、弋雙文等和瑞典哥德堡大學陳德亮院士等專家學者。此前，陸福志還在《PNAS》和《Nature Communications》發表了關于熱帶輻合帶變化及其驅動機制的學術觀點。