亚洲季风是全球大气环流的一个重要组成部分，对地球表层物质（水）和能量（热）的传送起到重要的作用^[1]，季风带来的降水直接影响当地居民的生活、 风俗习惯和经济收入^[2]。亚洲季风可以分成印度季风和东亚季风两个子系统，其中印度季风仅受热带季风影响，而东亚季风由热带季风和副热带季风两个部分组成^[3]。因而，印度季风和东亚季风既相互紧密联系，又有其相对独立性^[4]。深入地了解东亚季风和印度季风及其变化特征并认识其活动规律，对提高预报季风变化的能力十分重要^[5]。

近年来，国内外科学家基于现代气象观测资料，开展了东亚季风和印度季风的对比，取得了许多重要的认识。Ding和Wang^[6]对北半球夏季环流的遥相关研究表明，印度夏季降水与华北夏季降水量变化有很好的相关性； 郭其蕴和王继琴^[7]利用中国和印度的降水资料研究了两个地区夏季（6-9月）总雨量变化的关系，指出印度中西部与我国华北的雨量变化有较高的正相关； 张人禾^[8]的研究表明，印度夏季风影响中国华北地区的水汽输送，从而改变当地的夏季降水，即印度季风与华北夏季降水存在相关性； Yang和Gutowski^[9]分析了1954-1988年中国热带降水与印度夏季风降水的年际关系，指出5月份的中国热带降水与印度夏季风降水有最大的正相关。然而，能否将现代观察到的正相关关系延伸到更长的历史尚不得而知。例如，郭其蕴和王继琴^[7]、 王绍武和黄建斌^[10]对过去近200年记录的研究表明，虽然中国华北与印度夏季降水有很高的正相关，但这种相关性存在不稳定性，其相关系数在不同时期表现出较大的差别。因而，了解更长时间尺度上两个季风的表现特征对正确认识它们之间的联系十分必要。

最近几年，随着东亚季风和印度季风海相和陆相记录的积累，地质历史时期两个系统之间相互作用的研究成为可能。国内外学者试图通过两个季风系统的特征比较，分析它们的异同。Wang等^[11]认为，在季节和轨道尺度，由于印度季风和东亚季风的变化均以地外的太阳辐射驱动为主，因而两者表现的特征相似，即印度季风和东亚季风具有一致的变化； 而在年际和年代际尺度上，除了太阳辐射外，热带海洋表层温度梯度变化通过海气相互作用（如ENSO）影响印度季风和东亚季风。然而，由于印度季风区和东亚季风区的海陆格局的差异，两者受ENSO影响的程度并不相同，靠近太平洋的东亚季风区受影响的程度明显胜过印度季风区，容易导致东亚季风和印度季风的不一致性^[11]。全新世印度季风区^[12]和东亚季风区^[13-15]高分辨石笋氧同位素在千年-轨道尺度上展示相似的变化，指示亚洲季风的2个子系统具有一致的演化历史。但是，Maher和Hu^[16]基于东南季风区一个高分辨率的黄土/土壤序列定量重建的降水记录，评估了印度季风和东亚季风之间的关系，发现两者存在反相关； 洪冰等^[5]的研究也证明在年际至轨道时间尺度上，两个季风强度变化存在反相变化； Wang等^[17]集成了东亚和中亚的古气候记录，发现全新世印度季风和东亚季风的变化并非同时； Jiang等^[18]仔细比较了东亚季风和印度季风区内30-10ka B.P. 的石笋氧同位素记录，发现两者总体上是正相关的，但某些时段，如20-17ka B.P. 出现明显的负相关。

笔者认为，古气候记录气候意义的不确定性可能是产生不同认识的原因之一。 现有的古季风研究依赖于沉积地球化学记录，它们虽然在一定程度上反映了古气候的变化，但由于这些记录经历了物理、 化学、 生物等过程的转换，综合了气温、 降水、 蒸发量和大气环流等信息。这个复杂的过程给各种替代指标的解译带来了很大的不确定性，导致不同指标之间或同一指标在不同的时空背景下的气候意义存在明显差别。显然，要实现古气候特征的准确对比，需要从原始的地球化学记录中去除干扰信号、 科学地分离气候单一参数（如气温或降水），方能进行降水与降水、 温度与温度的对等比较。

Hu等^[19]从大气降水氧同位素分馏的基本原理出发，提出利用异地石笋氧同位素差值重建区域降水的新方法，成功地排除了隐藏在石笋氧同位素中的温度、 水汽来源等干扰信号，实现了中国南方9000年以来古降水的高分辨率重建。本文中，我们参照该方法，利用已经公开发表的阿曼南部Qunf洞^[12]和北部Hoti洞^[20]的石笋氧同位素记录，计算两者的差值，研究全新世早-中期（9.6-6.0ka B.P.）阿曼的降水变化，探讨全新世早-中期季风加强时段印度季风区降水的响应特征； 另外，将阿曼降水与同期的中国南方降水对比，研究印度季风和东亚季风降水变化的异同。

重建阿曼降水的氧同位素数据分别来自阿曼南部的Qunf洞Q5石笋^[12]和北部Hoti洞H5石笋^[20]。Qunf 洞的地理位置为17°10′N，54°18′E，海拔650m； Hoti洞位于23°05′N，57°21′E，海拔800m。两地相距不远，海拔近，年平均气温相差不大，因此它们的氧同位素中温度效应可以方便地通过相减的方法而得到消除。此外，现代气候学研究表明，两地降水的水汽均来自于赤道印度洋，具有同源的特征（图 1a）。这样的大气环流和地理条件具备利用氧同位素差值法重建区域降水的基本条件^[19]。

图 1(Fig. 1)

图 1 洞穴位置图以及箭头指示的亚-澳季风区925hPa 位置7-8月平均风矢量[11] Fig. 1 Map showing the location of the caves in this study. Arrows show July-August mean wind vectors at 925hPa in the Asian-Australian monsoon region[11]. The left box including Qunf cave[12] and Hoti cave[20] shows the rainfall reconstruction region in Oman and the right box including Dongge cave[13] and Heshang cave[19] shows the rainfall reconstruction region in South China（b）

Q5石笋生长于10.3-2.7ka B.P. 和1.3-0.3ka B.P. 两个时段，18个高精度U-Th测年数据和1405个δ¹⁸O数据提供了一个高分辨率的氧同位素序列^[12]，其平均分辨率为6年； H5石笋则生长于9.6-6.0ka B.P. 时段，852个δ¹⁸O数据在12个U-Th数据构成的年代框架下组成了一个平均分辨率为4.3年的高分辨序列^[20]。难得的是，两个记录都经过了大气¹⁴C 序列的比对和检验，序列的年代学精度高，降水重建的不确定性小。

区域降水重建的方法参见Hu等^[19]。方法依据同位素瑞利分馏的基本原理，即伴随着水蒸气凝结致雨的增多，剩余水汽及其降水的同位素组成不断地降低。因而，如果在同一水汽运移通道上选择2个地点，其降水的氧同位素组成之差与两地之间的降水量将呈出近似的线性关系，而温度、 水汽源和蒸发等信号则因相抵而得以最大程度扣除。

本研究中采用以下方法分离古降水信号：

（1） 分别将Q5和H5石笋氧同位素序列中9.6-6.0ka B.P. 时段按100年的间隔分成35段，求每100年的平均值；

（2） 按时间顺序将每百年的平均氧同位素值一一相减（δ¹⁸O_Qunf-δ¹⁸O_Hoti），获得对应的氧同位素组成差值（Δδ¹⁸O_Qunf-Hoti）； Δδ¹⁸O_Qunf-Hoti与区域（图 1a方框内）降水量相关，Δδ¹⁸O_Qunf-Hoti数值大，表示降水多，而Δδ¹⁸O小，则表示降水少。

位于印度洋西海岸的阿曼是印度季风影响的重要地区。热带辐合带（ITCZ）的季节位移和亚洲季风环流对当地气候起了决定性的作用。现代气象观测资料分析表明，ITCZ的南北移动，赋予季风环流典型的特征。夏季，青藏低压和南印度洋高压之间的压力差异产生了一股强的低层风（图 1）。该风在南印度洋为东南风，跨越赤道后转为西南气流（即索马里急流）。这股携带大量水汽的急流，在跨越阿拉伯南部和印度次大陆时，随着温度降低和水汽的凝结，形成夏季季风降水，此间的降水量约占全年降水的80%^[21]。

Qunf洞和Hoti洞分别位于阿曼的南、 北部，它们处于同一水汽通道之下（图 1a）。尽管全新世早-中期（9.6-6.0ka B.P. ）印度季风比现在强盛，ITCZ偏北^[20-21]，但季风环流的格局与现代类似，即水汽仍由南部向北部输送，两者的水汽来源相同。因而，大气环流特征适合区域（图 1a方框）降水的重建。

9.6-6.0ka B.P. 期间印度季风区石笋的氧同位素记录及其重建的阿曼降水如见图 2。其中图 2a和图 2b分别展示Qunf和Hoti洞穴石笋的氧同位素记录，图 2c中蓝线则是表示阿曼降水变化的石笋氧同位素差值（Δδ¹⁸O_Qunf-Hoti）。考虑到石笋年代测定误差（U-Th测年的分析误差约为50年），我们分别将两个δ¹⁸O的时间序列错位-100，0100年，考察它们的差异。与中国南方降水可靠性评估的结果相似^[19]，考虑了年代误差的3条降水曲线（图 2c）具有相似的变化趋势和变化幅度，说明测年误差引起的重建降水不确定性较小。因而，重建的阿曼降水是可信的。

图 2(Fig. 2)

图 2 9.6-6.0ka B.P. 阿曼北部Hoti洞[20] Fig. 2 The speleothem δ18O records from Hoti cave[20]（

从重建的降水记录来看，印度季风区阿曼9-6ka B.P. 降水总体上呈增加趋势，Δδ¹⁸O_Qunf-Hoti由9.6ka B.P. 的2.7‰上升到6.2ka B.P. 的3.7‰。但是，降水的增加具有明显的阶段性和波动性特征，在9.6-6.0ka B.P. 之间表现出4个升降旋回。其中9.6-8.5ka B.P. 、 8.0-7.6ka B.P. 、 7.3-6.9ka B.P. 和6.6-6.2ka B.P. 为降水增加的阶段，而8.5-8.0ka B.P. 、 7.6-7.3ka B.P. 、 6.9-6.6ka B.P. 和6.2-6.0ka B.P. 为降水减少的阶段。降水的阶段性可能反映了全新世早-中期印度季风变化的不稳定性。

除了年代误差外，石笋同位素差值法^[19]定量重建区域降水的准确性还可能受到降水（滴水）的蒸发效应和石笋沉积平衡作用等过程的影响，需要独立的评估。蒸发作用及其导致的同位素动力学分馏（非平衡分馏）明显地改变石笋氧同位素组成，给石笋古气候的解译带来不确定性。例如，在我国石笋古气候研究重要基地之一的贵州荔波董哥洞（图 1b），产出的两个全新世石笋（DA和D4）氧同位素记录存在并非完全一致，DA^[13]整体上比D4^{[14, 15]}明显偏重（图 3）。同一洞穴不同石笋之间同位素组成的差异，毫无疑问会给异地石笋氧同位素差值法^[19]重建的古降水带来偏差。

图 3(Fig. 3)

图 3 同一洞穴不同石笋记录对降水重建（Δδ18O）的影响 Fig. 3 The uncertainty assessment of Δδ18O calculated from two different records from the same cave.

为了评估洞内过程对石笋氧同位素差值法精度的影响，我们分别利用董哥洞洞内DA^[13]和D4^[15]两个不同的石笋氧同位素记录（图 3a）与湖北清江和尚洞（图 1b）HS4石笋^[19]的氧同位素组成（图 3b）计算差值，建立了表示中国南方全新世降水的Δδ¹⁸O_DG-HS序列（图 3c）。对比发现，尽管DA-HS4的氧同位素差值比D4-HS4的大（相差的平均值为0.20‰），但两者的变化模式完全一致。因而，我们认为洞内过程的确给重建带来误差，但该误差不至于影响全新世降水变化的趋势的辨别。

全新世早-中期，随着太阳辐射的增加，北半球气温开始回升，ITCZ北移，指示季风增强。印度季风和东亚季风区的高分辨率石笋记录均显示9.5-6.0ka B.P. 为全新世季风最盛期^{[12, 13, 19, 20]}。比较此时段印度季风和东亚季风降水变化特征，对研究全球变暖的背景下，区域气候响应和预测未来降水分布有重要的启示价值。

阿曼位于印度洋的西海岸，是印度季风统治的典型地区，也是降水响应季风变化的灵敏区域。而Hu等^[19]重建的中国南方降水则是东亚季风的产物。因而，作为印度季风和东亚季风的标志，9.6-6.0ka B.P. 期间的阿曼和中国南方降水之比较，有助于了解季风强盛期亚洲季风的两个子系统之间的相互作用及其机制。值得一提的是，两个降水序列是由同一方法重建的，因而可比性强，结论相对可靠。

9.6-6.0ka B.P. 时段阿曼降水和中国南方降水变化见图 4。总体而言，两个地区的降水都呈现出上升的趋势，且在细节上也有很强的一致性，即阿曼降水和中国南方降水之间存在正相关关系，证明至少在全新世的早-中期，印度季风和东亚季风变化是同步的。

图 4(Fig. 4)

图 4 全新世早-中期（9.6-6.0ka B.P. ）印度季风区的 阿曼降水（深黑，本研究）与东亚季风区的中国南方降水 （浅灰，Hu等[19]）的对比 图中的虚线为线性回归的变化趋势 Fig. 4 The comparison of monsoon rainfall between the Oman from Indian monsoon region（black curve by this study）and South China from the East Asia monsoon region（grey curve from Hu et al.，2008[19]）during the Early-Middle Holocene. Dashed lines show the linear regressions

虽然与中国南方（25°-31°N） 相比，阿曼的地理位置（17°-23°） 偏南（图 1），但由于海陆配置的差异，表征季风环流的ITCZ却几乎同时覆盖两地^[2]。因而，阿曼和中国南方降水的同步性本质上反映了两地季风环流格局的相似性。9.6-6.0ka B.P. 时段两地降水的波动上升，可能是全新世早-中期ITCZ移动过程带动的雨带位置变化所致。

9.6-6.0ka B.P. 期间，弱化的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）可能是印度季风和东亚季风一致性的一个原因。因为ENSO对东亚季风区影响的程度高于印度季风区^[11]，所有强ENSO可导致两个季风降水的不一致变化。现有的记录表明，早-中全新世的热带太平洋热力梯度相对保持稳定，ENSO频率低，变化幅度小^[22]，因而，它对印度季风和东亚季风的影响都不显著。这种情况下，无论是印度季风，还是东亚季风，其主要驱动来自地外的太阳辐射。我们认为，正是两个季风系统驱动力的趋同性导致了印度季风区降水和东亚季风区降水的相似性。

两个异地石笋的氧同位素组成差异重建区域降水的方法，能有效排除隐藏在石笋氧同位素中的温度、 水汽来源等干扰信号，获取高分辨率古降水的真实信息。利用这一新方法，我们重建了印度季风区阿曼的降水，评估了石笋测年误差和洞穴过程（尤其是石笋沉积过程的动力学分馏过程）导致的不确定性； 基于阿曼南部和北部洞穴石笋氧同位素组成的差值，考察了全新世早-中期（9.6-6.0ka B.P. ）的阿曼地区降水的变化特征，并与中国南方同期的降水进行了比较，获得以下主要认识：

（1） 石笋测年误差和洞穴内部动力学过程，如非平衡动力学效应，分别影响两个石笋氧同位素组成，从而改变异地洞穴石笋氧同位素组成差值，为重建降水带来了不确定性。然而，两种效应引起的误差小于水汽运移过程的降水量效应，因而不会影响过去降水变化趋势的判断。

（2） 印度季风区阿曼9.6-6.0ka B.P. 降水变化呈现波动增加趋势，表现出4个明显的升降旋回。其中9.6-8.5ka B.P. 、 8.0-7.6ka B.P. 、 7.3-6.9ka B.P. 和6.6-6.2ka B.P. 为降水增加的阶段，而8.5-8.0ka B.P. 、 7.6-7.3ka B.P. 、 6.9-6.6ka B.P. 和6.2-6.0ka B.P. 为降水减少的阶段。

（3） 9.6-6ka B.P. 期间，印度季风区的阿曼降水与东亚季风区的中国南方降水具有一致变化的特征，说明印度季风和东亚季风演变基本是同步的，这可能与早-中全新世的偏弱厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）有关。ENSO对东亚季风的影响大于印度季风。所以，当ENSO强化时，印度季风和东亚季风差异明显； 当ENSO弱化，其对两个季风系统的影响力下降，太阳辐射的驱动作用增强，印度季风和东亚季风趋同。太阳变化驱动的ITCZ位置移动，调谐了全新世早-中期阿曼和中国南方降水变化。

致谢: 匿名评审专家提出了建设性的修改意见。