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因为有了青藏高原

2019-10-25 马丽华 《青藏光芒》

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  青藏高原在中国境内面积250多万平方公里,作为一个整体,外延至周边国家地区,以南有大喜马拉雅—小喜马拉雅—西瓦利克山,西接兴都库什,以及喀喇昆仑、帕米尔高原境外部分,雄踞亚洲中部,据信面积总和不会少于500万平方公里,再加上稍低的过渡山地,东南有云贵高原,西南有伊朗高原,从前国际上惯称“高亚洲”或“亚洲高地”,就是这么来的。如此巨大体量的存在,势必改变原有的大气环流格局,并且作用于东亚,乃至影响到北半球,使本就庞大又表现激烈因而呈现混沌动态的天气系统,又增加了一个变量。青藏高原气象学的奠基人叶笃正先生,率先注意到一个重要现象:围绕大高原的南支气流和北支气流,以及两支气流汇合而成的北半球最强大气流,如何严重影响着东亚的天气和气候。与此同时,国外也有人开始对青藏高原之于气候和环境的关系进行探讨。1957年,叶笃正和Flohn几乎同时发表了青藏高原对于大气具有加热作用的结论,指出夏季的高原是一巨大热源,冬季为冷源。

  在叶先生之前之后,国外科学家相继注意到东亚地区季节转换具有突发性质,并指出这一特别现象与青藏高原的存在相关联;研究非洲的德国科学家指出,北非大范围变干、撒哈拉大沙漠出现,亦与青藏高原有关;1974年,日裔美籍学者真锅淑郎利用刚刚兴起不久的计算机模型,初步进行了关于青藏高原作用于亚洲季风的数值模拟,似乎印证了这一系列因果,并为青藏研究提示了新思路和新手段;及至1980年代末,又有美国学者拉迪曼率先提出,青藏高原隆起是引发新生代“冰室效应”即全球进入冰期的主因,近乎振聋发聩,从而把相关研究推向热点高潮——“人们普遍意识到,全球变化的研究如果不考虑青藏高原因素,就不足以得出合理的解释。”

  这句话、这些情况,是我第一次采访李吉均院士时听讲所得。时在1998年,“九五”攀登尚在进行中,“八五”项目已经结题,成果以《青藏高原形成演化与发展》为代表的“青藏研究丛书”巨著一套5部刚刚出版面世,上至大气环流、高原季风,下至地表地下、冰雪冻土,近有黄土堆积,远有全球系统格局改变,在国际地学界相关青藏研究的各种理论和假说纷起之时,中国学者已在实地踏勘后,开始拿数据说话。

  作为参与者和代言人,李吉均院士如数家珍,描绘了这样一个写意的过往远景——两大板块相撞,青藏地区形成,变形隆升开始,历经冈底斯运动,喜马拉雅运动,晚近到青藏运动之前,虽然地势渐高,气候渐趋干冷,但我们已从恐龙和三趾马化石发掘中得知,它们与世界各地同类几乎同步兴衰,看起来生存环境并无天差地别的不同。

  隆升和夷平相间的两个轮回之后,三四百万年前的强烈快速隆升至关重要,或许是决定性的——直接改变了中国的自然地理格局,并使周邻地区相应改变。中国大地由此形成东部季风区,西北干旱区,高原高寒区,大致对应三级阶地。李吉均先生描述了这一过程——

  “青藏高原的隆起使世界环境发生了巨大变化,它极大地改变了亚洲大气环流的形势,导致了地球上最强大的季风系统的发生,并对北半球的环流产生重大影响。对中国来说,没有青藏高原,中国西部就不会像现在这样干旱,而中国东部也就不会像现在这样湿润,相反,在长江中下游和华南地区就会出现像北非和阿拉伯半岛那样的沙漠气候。正是由于青藏地区自第三纪末期起发生了强烈隆起,迫使北半球的副热带高压带在青藏地区‘断裂’,诱发和强化了南亚的夏季风环流。还有,随着青藏高原的隆起,喜马拉雅山成为阻挡印度洋季风的重大障碍,因此中国西北部进一步变干,而在冬季亚洲北部形成了强大的西伯利亚—蒙古高压,黄土高原的形成与冬季风的出现有密切关系。实际上,青藏高原的隆起给东亚地区带来了好处,那里气候温和湿润,同时也给中国西北部、阿拉伯半岛和非洲北部带来了坏处,那里的气候变得更加炎热干燥。结论是,这一系列气候变化的驱动力主要是青藏高原的隆起。只有了解青藏高原的过去才能深刻地理解今天全球变化,进而利用自然规律为人类造福。”

  这番结论综合了其时青藏研究的成果,代表了当年中国科学界主流观点。然而随着研究的持续进展,更多中外学者加入讨论,可以看到某些论点不再那么肯定了,被接受程度,取决于说服力程度。比方说,对于高原隆升到目前高度的时间问题,有人认为比三四百万年要早很多;比方说,对于东亚季风因高原隆起而被诱发的问题,新观点认为此说不全面,全球最大的欧亚大陆与最大的太平洋的热力差异,才是季风形成的基本条件——季风早在青藏高原隆起前业已存在,高原隆起扮演的是助力、是使之强化的角色;西北地区的干旱气候环境固然与高原隆起有关,北特提斯海的最终撤退所导致的海—陆热力和水汽差异,更可能是主因;另有新生代全球降温、两极冰盖生长,也可能是控制亚洲季风和干旱气候环境形成演化的驱动力之一。

  还有高原季风起自何时、如何作用和影响的问题,也曾是老青藏们的关注点之一。比较 趋于一致的观点是:与隆升高度相关,两三千万年前,当高原抬升至千米左右高度时,高原季风已经出现,参与大气环流;当高原整体超过2000米临界高度,方才演变为深厚高原季风,并随着地势的渐高而渐强,促进了高原对于冰期—间冰期气温的放大效应,使暖时愈暖,冷时更冷。80万年前,高原主体进入冰冻圈,第四纪最大冰期出现,导致北半球气候再次转型;15万年以来的“共和运动”使高原又一次上升的直接后果,是北半球冬季风强盛而夏季风减弱,这一显见的气候转型一直持续到我们今天看到的样子。

  气象学家汤懋苍自1962年起进入高原季风研究领域,在前辈学者高由禧先生指导下,率先发现和描述高原季风形成演化轨迹。他所在的中国科学院兰州高原大气物理所(后与冰川所、沙漠所合并为寒区旱区环境与工程研究所,即寒旱所),因此成为当年青藏大气科学研究领域的主力军。他还把高原季风理论传播到国外——20世纪80年代初,应邀赴美做访问学者,在同行陪同下,驱车游览美国西部高地落基山脉—科迪勒拉山系。虽总体高度不及青藏地区,也在1500~3000米之间,最高峰4000米以上,且纵贯美、加,构成北美大陆气候分界线、河流分水岭:这一边流向北冰洋和大西洋,那一边流向太平洋。眼见群山连绵,间有高原,当山风扑面,心有所动,汤先生仿佛遥望到青藏高原的过去时,于是就说了,你们也有高原季风啊,正是青藏高原处于一两千米高度时的浅薄高原季风!美国同行听来新鲜,想一想,认为所言极是。许多年后,吴国雄院士的团队以数值模型再现季风影响,恰好也是拿青藏高原和北美高原做比,论证不同位置的大地形在大气环流和季风降水方面的不同表现。

  那一年在兰州,请教过李吉均,紧接着采访了汤懋苍,明显感觉二位前辈风格之不同,一如各自的专业形象,前者稳健,后者活跃。汤先生是毕业于北京大学物理系气象专业的高才生、兰州大气所初创阶段的元老人物,1958年5月,怀着“改变西北干旱面貌”的理想,他跟随著名大气物理学家高由禧先生,从北京踏上西行列车,参加施雅风先生组织的祁连山冰雪考察。担任野马山冰川气候考察站站长时年仅23岁,已经显示出超棒的业务能力:汇总包括越冬考察在内的两年观测成果,撰成我国第一部山区气候学专著《祁连山区气候学》。

  大气圈的活跃表现在无时无刻和无远弗届,汤先生之活跃则体现在思维的多向度,预报天气看地下、地下活动看天外,都是逆向思考的结果。这些故事说来话长,三言两语简言之,是指他早在20世纪60年代承担汛期预报工作时,就从陇东农民那里学到了一手:根据冬季黄鼠狼掘洞深与浅、春季树木发芽迟与早,可以判知夏季降水情况,由此他归纳出地—气相互作用、深层地温与降水量的关系,创建了一套长期降水预报的方法,不仅在国内得到肯定,在国际同行那里也相当知名,因此应邀访美。一年时间里,他把深层地温预报降水的方法和高原季风理论一并输出。

  那么“地下活动看天外”又作何解?

  进入高原季风研究领域20多年后,汤先生在“八五”攀登计划青藏项目中主持气候变化课题,得以专注地、定量化地潜心研究,从现象到本质。当他注意到造山运动、冰期形成、气候波动、环境演变等一系列变故皆与地质活动相关,对于终极原因的继续追寻,让他把目光反向地投往天际——这一次是从国外学者对于银河年和银河旋臂磁场的研究中得到启发,汤先生提出“宇地磁耦合与地球系统旋回”假说,并绘制了银、地磁耦合模型及与大冰期出现时间的对照表,与他的学生董文杰研究员合作建立了青藏高原高度演变的简单数学模型,进行了青藏高原隆升和夷平过程的数值模型研究。“宇地磁耦合”假说基于这样一个认知:当地球磁极方向与现代相同(正极性)时,是地球的“高效运转期”:地球内部对流活动加剧,造山运动强烈,青藏高原隆起速率加大;当地球磁极方向与现代相反时,为“低效运转期”:地球内部对流活动减弱,青藏高原构造抬升速率为零。当银河、地球磁极相符,可引起地球内部强烈的垂直运动(造山运动),使地球的某些部分抬升,大气热机效率随之提高,行星西风增强,高纬地区降温,大冰期形成;反之则地球内部垂直强对流停息,反映于地球表面,即隆升的对立面:夷平时期,行星风系减弱,高纬地区增温,大间冰期来临。汤先生说他核对过地球磁场与银河旋臂正磁性耦合的时间,30多亿年来吻合过7次,恰值大冰期。

  该假说广及天上地下人间,举凡天文地理大气物理地球动力机制尽皆囊括其中。地球内部运动难道受制于遥远的银河吗?怎么会不可能呢——汤懋苍先生说,以其专业为例:大气圈仅占地球总质量的百万分之一,可是地球内外部任何变化都会影响到大气层,而大气环流的任何变化又将作用于全球。地球和太阳系在银河系乃至宇宙中何其渺小到微不足道,说银河系的任何变化都足以影响到地球,有什么不可能呢?就大尺度范围而言,全球变化应该是一系列变化之果;但微观到地球自身而言,情况则有所不同——是可以讨论因果关系的。

  假说归假说,仅用来说明在汤先生主持气候变化课题那几年里的一个奇思异想,而实实在在的研究成果、理论建树,如同季风的应时爆发一样,连篇累牍发表,高原季风演变、青藏高原是我国气候启动区、雅鲁藏布大峡谷是地球“热点”;关于青藏高原隆升—夷平的数值模拟、20世纪三次气候突变与天文因素的相关,等等。还有一篇与刘晓东合写的论文《一个新的划分第四纪的标志——高原季风演变的地质环境后果》,以季风产生重大转型的临界点,响应刘东生先生呼吁,提请国际地学组织重新考虑,将地质第四纪起始点,从当时的180万年前,建议更改为260万年前。

  关注长时间序列的气候变化,也用心探索具有应用价值的信息资源。建立气候变化坐标系过程中,凭借近几十年可靠气象资料,观察十年、百年尺度高原气候状况,发现一个明显特征是气候变化较之我国东部地区的超前性。例如1980年以来的新暖期和1955年以来10年尺度的温度波动,均从藏东南波密、林芝等地始现,向北向东传播。中国东部变化滞后藏东南4~6年时间。近600年来三次冷期和三次暖期亦从青藏高原开始,百年尺度冷暖变化较之东部提前10年以上不等。因此青藏高原被冠以“气候变化启动区”之说,或称之为“起搏器”、预警区。汤先生认为,掌握了这一规律,未来有望为我国东部冷暖期变化提供预报。

  总之当年对汤懋苍先生的访谈印象深刻。老青藏一代中,他还是最先关注人地关系的一位:历代王朝兴衰与气候冷暖变化对应,从中思考自然变化与社会治乱的关联,不乏真知灼见。许多年后,树轮学家刘禹等人用祁连山圆柏建立跨度为2500年的树轮年表,发现中国历史进程中,大部分朝代衰亡和动乱年代,均与该温度序列中的低温时期相吻合。

  除“宇地磁耦合”假说可能由于太过“科幻”,似未引发讨论外,当年汤先生的研究领域或被持续关注,或已进入更深层面研究。涉及青藏隆升效应与北半球冰期成因观点方面,许多年后,有人做了一份长时间、大空间的对照图表:“青藏高原新生代隆起过程与全球构造、气候的耦合关系”,整合中外几代科学家古环境研究成果,包括对照深海沉积、黄土及南极冰芯三大标准柱,结合青藏研究最新进展,以高原隆升各时段去对应新生代数千万年以来的气候变化,发表在《青藏高原隆升与环境效应》,其结果,呈现一条大致耦合的因果链——

  两块大陆碰撞前后几千万年里,青藏地区初成而未高耸的时候,地球整体处于温暖期,其中著名的始新世大暖期高温时段可谓登峰造极,之后永未再现。新生代首次快速降温大约发生在3600万年前,所完成的从温室向冰室的转变过程,正好对应高原3800万~3000万年间隆升峰值的“冈底斯运动”。第二次大规模降温始于1500万年前,即“中中新世降温事件”,对应2100万~1800万年间“喜马拉雅运动”,高原南部、中部随之隆起而为高原。至670万~500万年前,全球气温再度下跌,即“中新世末事件”,似可对应高原800万年前开始的隆升。此番降温,致使西南极冰盖形成,海平面降低,气候趋于干旱,地中海盐度危机正当其时,亚洲内陆干旱化加剧。最近一轮大幅度快速降温发生在300万~250万年前,地质第四纪即冰川纪,高原如何加速隆升、北半球如何进入冰期,我们已经略有所知了。

  据此是否可以说,构造上升是新生代气候变化的重要强迫因子了呢?中外许多学者的确是这么判断的,起码是可以讨论的。影响大气环流和气候变化的机制复杂,来自多方联动,共同作用的结果。然而还是那句话:全球变化研究如果不考虑青藏高原因素,就不足以得出合理的解释。

  因为有了青藏高原,亚洲面貌改观,首先造就了世界最高极,不意间影响到自然界众多物种生存方式,于是我们才有可能看到本章开头那幅动人画面——从繁殖地到越冬地,成千上万的候鸟群进行着长距离迁徙;因为有了上升气流,得以从喜马拉雅山巅飞来飞去。