地球气候系统的突然变化，特别是引发非线性反馈（如植被-气候相互作用）的变化，其速度快、幅度大、影响广，导致人类难以适应，是地球科学领域研究的热点之一。这种影响在受东亚季风影响的地区尤为明显。通常研究认为地球轨道的变化可能会引起气候的突变，但越来越多的证据表明地球内部的一些反馈同样也可以引起气候突变，例如地表景观的改变。通过对现代地表景观变化的研究表明其变化将对局部乃至全球的气候产生深远的影响，以最近几十年的植树造林为例，研究表明植树造林将对我国不同区域的降雨产生显著的不同，在我国东北和西南地区森林覆盖增加引起局部降雨减少，而在我国东南和华北地区，伴随着森林覆盖增加引起局部降水增加。以上关于地表下垫面改变的研究时间尺度仅为过去的几十年，在更长的地质历史时期，伴随着地球轨道参数、大气CO₂和冰量等的变化，地表景观也发生了剧烈的变化，那么这些景观的剧烈变化对局部或者其他地方有什么影响，目前研究仍较为稀缺。  

　　针对以上问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所隆浩研究员课题组联合德、瑞、美、日多国科学家合作开展季风区千年尺度水文气候突变机制与生态环境效应的研究。中国北方对东亚夏季风北部边界的迁移高度敏感，且包括了大量不同时间的文化遗址，是探索地表下垫面反馈驱动水文气候和人类响应的理想地区。本研究采用光释光测年技术、沉积代用指标和水量平衡模型等方法，通过定量重建中国北方典型湖泊湖泊流域（岱海）全新世水位变化和降水模式，旨在探讨“绿色撒哈拉”及其结束时对中国北方水文气候变化的影响及其与新石器时期遗址发展的联系。结果表明岱海地区8-5千年出现了高湖面，高湖面时期年降水量达到约700毫米才可以维持其水位；5-4千年湖面突然下降，对应的降雨也减少到约550毫米，岱海地区5-4千年水文气候条件的突然转变与绿色撒哈拉的结束时间相一致。通过模拟发现绿色撒哈拉时期东亚夏季风显著增强，北部边界向北推进；绿色撒哈拉结束时，东亚夏季风显著减弱。结合已有的模拟研究发现，撒哈拉植被覆盖度时，北非的粉尘输送减少，北非季风增强，导致了沃克环流西移，西太副高北移，此外绿色撒哈拉时期西风带北移，以上因素共同导致中国北方接受更多降雨，反之亦然，从而使得该区域发生大干旱事件（图1）。此外通过植被模拟发现，撒哈拉地区景观的变化将导致中国北方植被生产力下降，迫使人们由农业转变为农牧业相结合的生产方式，以应对大约150毫米降水量的减少和农业生产力大幅下降。最后当东亚夏季风南移时，文化遗址与其北部边界距离缩短，水文气候不稳定，从而更容易受到特大干旱的影响。  

　　本研究结果表明撒哈拉地区的植被覆盖和粉尘释放将通过海洋-大气遥相关对东亚夏季风产生重要影响，并在中国北方新石器文化社会转型方面发挥关键作用。虽然地表植被和粉尘排放的变化通常归因于地球轨道变化主导的气候变化，但我们的研究表明，植被和粉尘本身可以反馈到气候系统中，从而显著影响季风降水。这项工作强调了东亚地区水文气候对地球边界条件突变的敏感性，为地表景观反馈机制通过海-气遥相关驱动东亚气候突变提供湖泊演化和人类响应的关键证据链。  

图1绿色萨拉哈（A）和绿色撒哈拉结束时（B）时期北非和东亚地表景观变化和撒哈拉地区地表景观变化影响东亚夏季风强度的机制示意图  

　　该研究得到了国家重点研发计划课题“华北湖泊流域关键带演化及对人类活动的响应”，以及中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中国科学院青促会优秀会员以及研究所自主部署科研项目等联合资助。相关成果近期发表在国际综合性学术期刊The Innovation（IF=32）上。中国科学院南京地理与湖泊研究所隆浩研究员为通讯作者，侯彦冬研究助理为第一作者，主要合作者包括主要合作者包括沈吉教授，张琼教授、陆正遥研究员、Manfred Frechen，Sumiko Tsukamoto，Daniel E. Ibarra，Toru Tamur，张静然副教授，孙炜毅博士，陈婕博士和高磊博士多位第四纪科学和古气候模拟等领域的专家。  

　　论文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00178-9