最近两万年全球气候不仅经历了严酷的冰期,而且拥有温暖的间冰期,更是人类活动影响显著加强,并对全球气候产生影响的重要时期。因此最近两万年的气候和环境变化一直是过去气候和环境变化的热点和焦点。

汉江上游地区是我国南水北调中线工程的水文补给区,也是陕西省引汉济渭工程的水源补给区。这一地区的降雨变化不仅与陕南的环境及经济发展密切相关,也对南水北调中线工程和引汉济渭工程的水安全有重要影响。理解这一地区在不同时间尺度上的降雨变化及机制对于科学制定汉江水资源可持续利用的战略规划有着十分重要的意义。然而,目前对于汉江上游地区全新世以来百年-十年尺度降雨变化的特征和机制还尚不清楚。

青藏高原是世界上最高的高原,平均海拔为4500米。该区气候边界条件不仅对亚洲季风系统有重要影响,而且其自身气候和环境也敏感响应于全球气候变化。作为亚洲几大河流的发源地,青藏高原降水变化直接影响这些河流径流量。因此,研究该地区的气候与环境变化,对理解区域乃至全球气候变化、估测未来全球增温背景下区域气候变化及其可能影响具有重要意义。

地球环境研究所蔡演军博士及其合作小组,通过对陕西柞水九仙洞洞穴石笋高精度铀系定年和氧同位素组成分析,重建了最近2万年东亚夏季风降雨的变化历史。发现在寒冷的末次盛冰期,仍然存在千年尺度的东亚夏季风加强事件,指出这一事件可能与澳大利亚冬季冷高压随南半球温度变化北移导致穿赤道气流的加强有关。

中国科学院地球环境研究所谭亮成研究员联合国内外同行,以陕南祥龙洞的4根石笋为研究对象,重建了该地区过去6650年以来的高分辨率季风降雨变化历史。研究显示该区石笋氧同位素记录在轨道-亚轨道尺度反映了东亚夏季风强度的变化,而在百到十年尺度上代表当地季风降雨的变化。中全新世以来,伴随着北半球夏季太阳辐射的减弱,祥龙洞石笋δ18O有逐步增加趋势,这和季风区其他石笋记录一致,揭示东亚夏季风的逐渐衰弱。然而石笋的
δ13C记录显示当地的降雨量并没有长期下降趋势。在移除石笋δ18O的长期变化趋势之后,研究人员发现了一系列的准千年-,准百年-,57年-,36年-,22年-的变化周期。汉江上游地区在6500–6100,
4850–4650, 4390–3800, 3590–2960, 2680–2450, 2050–1670以及1110–790 a
BP期间季风降雨增多,其中4390–3800 a BP, 3590–2960 a BP, 2050–1670 a BP
以及1110–790 a BP的降雨增多导致了汉江上游的4次特大洪水事件。

地球环境研究所蔡演军研究员及其合作团队通过对青藏高原中南部天门洞一支石笋进行高精度铀系定年和高分辨率氧同位素分析,重建了距今9100-4300年分辨率为3-7年的西南印度季风气候变化历史。该石笋记录与亚洲季风区其他石笋记录、阿拉伯海记录、青藏高原东南部泥炭记录的季风气候变化趋势非常一致,表明早-中全新世印度夏季风随着北半球夏季太阳辐射逐渐减弱和ITCZ平均位置逐渐南移而减弱,揭示青藏高原南部降水氧同位素组成在十-百年尺度上主要受印度季风强度而非温度影响,并说明达索普冰芯氧同位素组成变化可能需要重新解释;天门洞δ18O记录与格陵兰冰芯δ18O记录20年滑动平均后高度相关,进一步证实了全新世印度季风与高北纬气候之间具有密切联系;天门洞石笋δ18O记录具有的显著太阳活动周期,则表明太阳活动对印度季风有重要影响。

通过与东亚已有全新世石笋记录的对比,发现随着位置的偏北,最近一万年东亚夏季风降雨开始减少的时间逐渐变晚,但所有记录却在2500yr
BP左右降雨最少,表明夏季风降雨变化不仅与太阳辐射的长期变化密切相关,而且降水的变化因地而异。

此外,汉江上游地区在5800–4900, 4640–4400, 2950–2680,
1670–1120以及790–650 a BP期间季风降雨减少。其中5800–4900 a BP 和
2950–2680 a BP的降雨减少分别对应北半球高纬的5.0 ka和2.8
ka冷事件。这两次冷事件均伴随着中国季风区从南到北的显著干旱。北大西洋淡水的注入导致西风急流南移加强,加之亚洲夏季风的减弱,延迟了西风南支的北跳时间,从而推迟了东亚夏季风的爆发和梅雨季节的开始,导致整个中国季风区降雨在5.0
ka和2.8
ka事件期间的同步下降。相反,在4.2ka事件和小冰期期间,汉江上游地区相对湿润。这两个时期的湿润状况在我国中部和南方地区也广泛存在,而与北方所观察到的显著干旱气候相反。研究者提出这可能是由于该时期西风急流强度没有显著增强,而同时夏季风较弱,使得雨带长期停留在偏南的地区,导致我国北方降雨减少而中部和南方地区降雨增多。

同时,该小组还发现位于高海拔地区的天门洞石笋δ18O值的变化幅度以及由早全新世至中全新世的线性增加幅度远大于低海拔季风区的石笋δ18O值的变化幅度,揭示了青藏高原南部与南部印度次大陆降水的氧同位素直减率随着印度季风减弱而变小,进一步证实了之前的猜想,也就是亚洲季风强度变化影响降水δ18O的直减率。不仅如此,该小组还指出随着西南印度季风的减弱,降水同位素直减率的逐渐减小指示了季风降水的减少,这与孟加拉湾北部海表面的盐度变化相吻合。

相关文章