亚洲内陆干旱化历史悠久,与干旱环境密切联系的亚洲古粉尘被认为是全球气候变化的一个重要的反馈因子,因而在古气候与古环境研究中受到广泛关注。已有的海洋与陆地风尘记录表明,上新世以来亚洲内陆干旱化加剧,亚洲古粉尘通量在构造时间尺度上呈显著增加的趋势,但其变化机制仍不甚清楚。

众所周知,大气粉尘是驱动全球气候变化的因子之一,对地球的能量平衡、水循环、生物化学循环和全球碳循环具有重要影响。东亚干旱和半干旱地区,作为全球最大的粉尘源区之一,粉尘的释放和传输机制一直是现代气候学和古气候学共同关注的热点。过去的研究认为,亚洲粉尘的传输与源区的干旱化和风沙活动有关。基于这一假设,许多研究利用亚洲粉尘沉积区,如西北太平洋和格陵兰冰心的粉尘沉积指示源区的干旱化和风沙活动强度。但是,由于缺乏粉尘源区独立的高分辨率风沙活动记录,这一假设正确与否一直未得到论证。

最近,中科院地球环境研究所青年科研人员石正国博士及其合作者刘晓东研究员等首次利用耦合了粉尘循环过程的气候模式,对上新世中期、末次盛冰期及现代的亚洲大气粉尘循环进行了对比模拟和系列敏感性研究。结果表明,数值模式能够较好地重现特征地质阶段的大气粉尘活动,模拟结果与北太平洋及黄土高原沉积区域观测的风尘通量变化基本一致。上新世中期以来,与干旱环境恶化密切联系的亚洲古粉尘的显著增加可以归因于青藏高原北部区域构造隆升和全球气候变冷对粉尘源区和大气环流影响的共同作用。但在不同沉积区,两个因素的相对贡献有所差异。

中国科学院地质与地球物理研究所副研究员许冰等人对亚洲粉尘源区的夏日诺尔湖泊沉积记录进行了系统分析,重建了全新世以来高分辨率的风沙活动强度和气候变化,并与粉尘沉积区的西北太平洋深海沉积和格陵兰冰心中的风尘沉积记录进行对比,探讨了亚洲粉尘的传输机制。结果表明,全新世时期亚洲粉尘的远距离传输与源区的干旱化和风沙活动强度成反向变化。在全新世早期,粉尘源区气候湿润,风沙活动弱,但格陵兰冰心和太平洋深海沉积中的粉尘沉积高。同样,在全新世晚期,风沙活动随气候变干而增加,而格陵兰和西北太平洋的风尘沉积较低。这些证据表明全新世时期源区的干旱化不是亚洲粉尘远距离传输增加,进而导致全球大气粉尘通量增加的控制因素。

该成果发表在Climate Dynamics杂志上(Shi ZG, et al., 2011: Simulated
variations of eolian dust from inner Asian deserts at the mid-Pliocene,
last glacial maximum, and present day: contributions from the regional
tectonic uplift and global climate change, Climate Dynamics,doi:
10.1007/s00382-011-1078-1)。

粉尘传输是借助大气环流来实现的,影响东亚粉尘源区风沙活动和传输的大气环流主要是西伯利亚高压和盛行西风。以往研究认为,西风是亚洲粉尘远距离传输的主要环流,而西伯利亚高压只能导致亚洲粉尘的近距离搬运。而他们的证据显示,全新世早期格陵兰和北太平洋的高风尘沉积对应于强西伯利亚高压,而西风强度在全新世早期明显低于晚期。全新世晚期,尽管源区的风沙活动和西风强度明显增加,但格陵兰和太平洋地区风尘沉积较低。更为重要的是,在全新世早期强西伯利亚高压控制下,粉尘源区的风沙活动与格陵兰冰心的粉尘沉积具有很好的一致性,表明西伯利亚高压,而不是以前认为的西风,是控制亚洲粉尘远距离传输的主要控制因子。

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上述研究成果近期发表在国际地球物理学期刊Journal of Geophysical
Research: Atmosphere
上(Xu et al. Decoupling of Climatic Drying and
Asian Dust Export During the Holocene. Journal of Geophysical Research:
Atmospheres
, 2018,123: 915-928)。

模拟的现代、末次盛冰期和上新世中期北太平洋和黄土高原大气粉尘沉降通量及其与观测的风尘通量序列的对比

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