倒数第三次冰期冰量和太阳辐射对中国东部水文气候的影响

【资料图】

轨道尺度东亚季风降水特征及其动力学机制存在较大不确定性，因此成为古气候研究的热点。为探讨这一问题，南京师范大学汪永进教授团队在《中国科学：地球科学》2023年1期发表了题为“倒数第三次冰期冰量和太阳辐射对中国东部水文气候的影响”的论文。该研究提供了中国东部南京葫芦洞一支石笋的多指标重建记录（图1），这些指标记录主要反映研究区水文气候状况。这一新证据表明倒数第三次冰期中国东部降水受到冰量和太阳辐射的共同影响。

图1 葫芦洞石笋HL163 δ18O、δ13C、Sr/Ca、Mg/Ca和δ234U0序列

(a) 65°N夏季(7月21日)太阳辐射与δ18O序列比较, 同时显示了石笋测年误差; (b)~(e)分别为δ13C、Sr/Ca、Mg/Ca和δ234U0序列. 蓝色阴影棒表示夏季太阳辐射较高值和石笋指标较低值. 黑色箭头表示指标记录的变化趋势

厘清东亚夏季风降水、北半球夏季太阳辐射和全球冰量的关系是理解轨道尺度东亚夏季风变化动力学机制的关键。来自海洋、黄土、湖泊和洞穴石笋等大量地质档案被广泛应用于重建东亚夏季风降水历史。北半球夏季太阳辐射与中国石笋δ18O记录显示出良好的匹配关系，均呈现出显著的~20kyr变化周期，表明它们之间具有强烈耦合关系。然而，其他东亚夏季风指标记录，如中国黄土高原的磁化率，通常显示出更强烈的~100kyr周期，表明东亚夏季风响应于全球冰量变化。

与石笋δ18O指标相比，其他石笋指标(如δ13C和微量元素)在重建古气候历史方面应用较少。最近的研究表明，石笋δ13C和微量元素在反映洞穴地点降水变化方面具有重要潜力。基于中国东部葫芦洞230Th定年的多指标石笋记录(δ18O、δ13C、Mg/Ca、Sr/Ca和δ234U0)，该文重建了倒数第三次冰期东亚夏季风降水历史。δ13C、Mg/Ca和Sr/Ca序列共同的变化特征主要受控于洞穴地点的水文状况，因此它们的第一主成分(PC1)可以作为可靠的降水指标。中国东部降水在倒数第三次冰期随冰量扩张逐渐减少，同时在北半球夏季太阳辐射较高时期降水增多（图2）。这一证据表明，冰量和北半球夏季太阳辐射很可能通过西风调制作用对东亚夏季风降水产生重要影响。

图2 葫芦洞降水记录与夏季太阳辐射、冰量和黄土高原降水记录对比

(a) 65°N夏季(7月21日)太阳辐射; (b) 冰量记录; (c) 葫芦洞与宝鸡降水记录对比; (d) 葫芦洞与古浪/靖远降水记录对比

该研究发现石笋多指标重建能够有效获取东亚夏季风降水变化信息，为理解轨道尺度东亚夏季风降水变化特征及其机制提供新的思路。

关键词：