图1
塔城黄土粒度指标与格陵兰冰芯、北大西洋AMOC和海冰记录,地中海地区石笋的对比.
天蓝色的横条表示6次H事件

作为亚洲季风气候系统的关键组成部分,东亚季风对东亚地区环境演变有着重要的驱动作用。已有海洋、黄土、石笋等古气候记录表明,东亚季风具有百年-构造的多时间尺度变化特征,并且主要受到全球冰量、太阳辐射以及北半球高纬气候的综合影响。然而,目前古气候代用指标中冰期-间冰期、轨道以及千年时间尺度分量的相对贡献率并不清楚。

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该研究成果由中科院地环所和青海盐湖所、比利时法语鲁汶大学共同完成,该论文已在Climate
Dynamics在线发表(Yun Li*, Yougui Song*, Qiuzhen Yin*, Li Han, Yixuan
Wang. 2019. Orbital and millennial northern mid-latitude westerlies over
the last glacial period. Climate
Dynamics),论文得到中国国家自然科学基金和比利时基础研究基金的资助。

通过对两指标序列进行EMD分解以及方差贡献率计算,发现东亚冬季风冰期-间冰期和轨道尺度分量贡献率分别为32%和40%,千年尺度分量贡献率为13%。而东亚夏季风岁差分量贡献率高达59%,千年尺度信号贡献率为17%。分别将两指标的千年尺度分量相加重建东亚冬、夏季风在过去两个冰期旋回的快速波动变化,发现黄土和石笋指示的快速气候事件发生时间及持续时段均高度一致。同时,新仙女木事件以及Heinrich事件发生时期出现了明显的粒度变粗以及同位素变重信号,且粒度、石笋的千年尺度波动在冰期、间冰期表现出明显的持续时间和幅值差异。由此作者认为,东亚冬、夏季风的千年尺度快速波动受到相似因子的驱动,该因子与北半球高纬冰量调控有关。该研究成果发表在Climate
of the Past
(Ying Li, Ninghu Su, Lianji Liang, Long Ma, Yan Yan, and
Youbin Sun, 2015, Multiscale monsoon variability during the last two
climatic cycles revealed by spectral signals in Chinese loess and
speleothem records, Climate of the Past
, 11, 1067-1075. Doi:
10.5194/cp-11-1067-2015)。

通过对两指标序列进行EMD分解以及方差贡献率计算,发现东亚冬季风冰期-间冰期和轨道尺度分量贡献率分别为32%和40%,千年尺度分量贡献率为13%。而东亚夏季风岁差分量贡献率高达59%,千年尺度信号贡献率为17%。分别将两指标的千年尺度分量相加重建东亚冬、夏季风在过去两个冰期旋回的快速波动变化,发现黄土和石笋指示的快速气候事件发生时间及持续时段均高度一致。同时,新仙女木事件以及Heinrich事件发生时期出现了明显的粒度变粗以及同位素变重信号,且粒度、石笋的千年尺度波动在冰期、间冰期表现出明显的持续时间和幅值差异。由此作者认为,东亚冬、夏季风的千年尺度快速波动受到相似因子的驱动,该因子与北半球高纬冰量调控有关。该研究成果发表在Climate
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10.5194/cp-11-1067-2015)。

最近,中国科学院地球环境研究所宋友桂研究员带领的中亚黄土研究组在受西风气候主导的中亚东部地区,利用两个末次冰期以来的黄土剖面重建了过去7万年北半球西风南北迁移历史,并将其记录同地中海石笋、格陵兰冰芯、北大西洋经向翻转流以及北大西洋海冰等记录对比,结合模式模拟,详细地调查了千年和轨道尺度西风变化的物理机制。与之前研究不同的是,该研究组考虑将粒度的变化作为西风纬度位置变化的指标,粒度的增大指示西风的北移,同时与北大西洋涛动的正异常模式有关。基于可靠的光释光测年结果,发现在千年尺度上黄土粒度变粗的阶段很好地对应了六次北大西洋海因里希事件
H1-H6,AMOC的减弱和地中海与中亚地区西风的向北迁移。粒度指标也很好地记录了格陵兰冰芯中的Dangsgaard–Oschger暖事件。在轨道尺度上,发现中亚和地中海地区的西风变化与地球的岁差轨道周期相吻合,西风的向北迁移对应了较大的岁差指数。

中国科学院地球环境研究所博士李颖与其合作者对最近260kyr中国黄土高原古浪黄土粒度以及葫芦洞、三宝洞石笋氧同位素记录进行了频谱分析以及经验模态分解,计算了东亚季风不同时间尺度分量的相对贡献率,并评估了东亚冬、夏季风变化在千年尺度上的相似性。

图2. 过去两个冰期旋回古浪黄土粒度、CHILMOMOS中值粒径(绿色;Yang and
Ding, 2014)和三宝/葫芦洞石笋氧同位素(紫色;Wang et al., 2008, Cheng et
al.,
2009)千年尺度变化曲线。天蓝色虚线指示YD及Heirich事件,灰色条状指示间冰期时段。黑色数字表示在三个记录中对应完好的气候快速波动事件。

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