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地球情形商讨所重新建立绥芬河上游地方过去6

文章作者:科技生活 上传时间:2019-09-22

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重要意义。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尚不清楚。

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。

近十几年来,洞穴石笋由于定年准确、沉积连续、分布广泛、分辨率高等优点,逐渐成为古气候和古环境重建的“第四大支柱”。古气候学家通过亚洲季风区的石笋记录, 重建了晚第四纪以来亚洲夏季风的变化情况。然而,随着研究的深入,关于中国石笋氧同位素的气候环境意义解读在国内外引起了广泛讨论。一部分学者将中国石笋氧同位素与季风强度或者季风降雨相联系,而一部分学者认为中国石笋氧同位素指示了不同水汽来源相对贡献的变化。另外,Pausata等根据模拟结果,认为在Heinrich事件的时候中国季风区的石笋氧同位素受控于印度季风强度的变化,也即印度季风减弱,印度降雨的氧同位素偏重,相应输入到中国的水汽氧同位素也偏重。其模拟结果也显示,在Heinrich事件的时候,从印度到中国,降雨氧同位素的变化幅度逐渐减小。意味着中国石笋氧同位素代表了印度夏季风而不是东亚夏季风强度的变化。这一观点也得到了部分古气候学家的支持。

科技生活,中国科学院地球环境研究所研究员谭亮成联合国内外同行,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的降雨增多导致汉江上游的4次特大洪水事件。

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。

为了验证中国石笋氧同位素是否仅受控于印度季风强度的变化,中科院地球环境研究所“一带一路”气候环境研究中心谭亮成研究员团队,分析了陕南祥龙洞石笋氧同位素在25.5–10.9 ka BP期间的变化。研究显示在千年尺度上(包括H2, H1, BA和YD事件),XL15氧同位素记录与格陵兰冰芯以及亚洲季风区其他石笋记录具有相似变化,且与南美季风区的石笋记录具有半球间的反相位关系,这体现出全球季风的一致性特点。然而,当对比Heinrich事件期间XL15和印度石笋氧同位素的变化幅度时,发现与Pausata等的模拟结果不同,Heinrich事件期间印度到中国的石笋氧同位素的变化幅度并没有显示出减小的趋势。而且在H1事件的突变模式上,中国石笋氧同位素显示出了三阶段的突变模式而印度石笋氧同位素则显示出了持续增加的突变模式。此外,在冰期-间冰期和十年尺度上,中国石笋氧同位素与印度季风区石笋氧同位素也存在一定的差异性,认为和中国东部石笋氧同位素同时也受到太平洋的影响有关。

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5.0ka和2.8ka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5.0ka和2.8ka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。研究人员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。

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。

为了提取出H1事件期间纯太平洋的信号,研究人员将受印度洋和太平洋共同影响的XL15氧同位素记录减去仅受印度洋控制的印度Mawmluh洞石笋记录,发现其与西太平洋暖池海表温度显著负相关关系。西太平洋暖池海温升高会增强菲律宾周围区域上空对流活动,导致西太副高和雨带北移,来自单一太平洋水汽(此处已经排除印度洋的水汽)的雨量效应导致XL15石笋氧同位素偏负。以上研究结果表明中国石笋氧同位素不仅仅只是受控于印度季风变化,印度夏季风和东亚夏季风都会对其产生影响。

研究工作受到国家重点研发计划“亚洲季风变异及突变事件”、中科院“西部之光”重点项目、中科院青促会优秀会员项目等的资助,相关研究成果发表在Earth and Planetary Science Letters上。

这一成果受国家重点研发计划“亚洲季风变异及突变事件”(2017YFA0603401)、中科院“西部之光”重点项目、中科院青促会优秀会员项目等资助,目前发表于国际地学研究的知名期刊Earth and Planetary Science Letters上 (Tan et al. Centennial- to decadal-scale monsoon precipitation variations in the upper Hanjiang River region, China over the past 6650 years. Earth and Planetary Science Letters, 482 580–590.)

该成果于2月12日在线发表于知名学术期刊《Climate Dynamics》上,第一作者为博士生李东(Dong Li, Liangcheng Tan*, Yanjun Cai et al. 2019. Is Chinese stalagmite δ18O solely controlled by the Indian summer monsoon? Climate Dynamics.

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本项工作得到了国家重点研发计划(2017YFA0603401)、陕西省杰出青年科学基金(2018JC-023)以及中科院青促会和西部之光人才培养计划的资助,是中科院地球环境研究所“一带一路”计划的系列研究成果。

去趋势后的陕南石笋氧同位素记录、和北大西洋冰飘碎屑、西风以及夏季风强度记录的对比

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论文链接:

去趋势后的陕南石笋氧同位素记录、和北大西洋冰飘碎屑、西风以及夏季风强度记录的对比

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XL15记录 和葫芦洞记录, 宋家洞记录, Bittoo洞记录, Timta洞记录 以及 Mawmluh洞记录 氧同位素变化幅度的对比

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从XL15记录中提取出的太平洋信号与热带西太平洋暖池海表温度重建记录的对比。

标准化后的XL15氧同位素记录,标准化后的Mawmluh洞石笋氧同位素记录,热带西太平洋暖池海表温度记录,XL15减去MWS-1的结果

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