地球環(huán)境研究所通過黃土葉蠟氫同位素揭示末次冰期亞洲季風(fēng)降水格局的空間異質(zhì)性

亞洲夏季風(fēng)的千年尺度氣候變率對于理解季風(fēng)動力學(xué)和預(yù)測未來亞洲水文氣候變化至關(guān)重要。目前，千年尺度季風(fēng)降水變率受高、低緯度氣候系統(tǒng)驅(qū)動和調(diào)制的具體過程，特別是千年變率幅度的空間異質(zhì)性及其影響因素，備受關(guān)注。各種地質(zhì)載體中的降水氫氧同位素記錄在季風(fēng)降水和水文氣候演化研究中發(fā)揮了重要作用。其中，黃土葉蠟氫同位素記錄（δDwax）因分布廣泛、記錄連續(xù)完整及時(shí)間跨度長等特點(diǎn)，成為研究季風(fēng)邊緣區(qū)降水千年變率的理想工具。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所“極端氣候事件及影響”團(tuán)隊(duì)（EXCEIS）基于黃土高原中部西峰剖面，重建了末次冰期（約20–70 ka BP）平均分辨率為280年的黃土δDwax記錄，獲取了軌道尺度與千年尺度的降水氫同位素變率特征（圖1）。在軌道尺度上，西峰δDwax記錄與北緯65°夏季太陽輻射具有顯著相關(guān)性，表明西峰地區(qū)降水同位素變化主要受高緯度輻射強(qiáng)迫驅(qū)動。在千年尺度上，盡管西峰δDwax千年變率振幅的歲差調(diào)制特征凸顯了低緯度夏季太陽輻射的重要作用，但其振幅顯著受到抑制（圖2）。通過綜合集成末次冰期亞洲季風(fēng)區(qū)不同區(qū)域的降水同位素記錄，研究進(jìn)一步揭示季風(fēng)降水千年振幅具有顯著且復(fù)雜的空間異質(zhì)性（圖3）。在季風(fēng)系統(tǒng)間尺度上，降水同位素振幅呈現(xiàn)明顯的“西大東小”空間分布格局，印度季風(fēng)區(qū)的整體振幅高于東亞季風(fēng)區(qū)。而在各季風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部，振幅的空間變化特征則表現(xiàn)出一致性，即沿季風(fēng)水汽輸送路徑向季風(fēng)邊緣區(qū)逐漸增強(qiáng)，并在超過一定邊界后減弱。

研究認(rèn)為，這種空間異質(zhì)性主要與水汽傳輸距離所決定的同位素分餾過程密切相關(guān)。降水同位素振幅沿水汽傳輸路徑逐漸增強(qiáng)，在雨帶邊緣區(qū)域達(dá)到最大。末次冰期中，季風(fēng)雨帶顯著南撤而遠(yuǎn)離西峰等內(nèi)陸地區(qū)，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟邓凰厍瓴▌用黠@削弱。研究強(qiáng)調(diào)，水汽輸送的路徑與強(qiáng)度不僅解釋了季風(fēng)邊緣區(qū)千年變率振幅衰減的原因，更從根本上揭示了控制整個(gè)亞洲季風(fēng)區(qū)千年事件區(qū)域差異性表達(dá)的關(guān)鍵機(jī)制。在未來持續(xù)變暖的情景下，亞洲內(nèi)陸水文氣候波動與季風(fēng)雨帶相對位置之間的聯(lián)系值得高度關(guān)注。該研究為在全球變暖背景下預(yù)測亞洲內(nèi)陸水文氣候波動及其與季風(fēng)雨帶位置的耦合關(guān)系提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。

該研究近日發(fā)表于地學(xué)期刊Global and Planetary Change，碩士研究生黃亞司為第一作者，王政研究員為通訊作者。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFF0804300）、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目（LSKJ202203300）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42173019, 42573010）的資助。

Yasi Huang, Fan Zhang, Zheng Wang, Yunning Cao, Jing Hu, Qian Li, Xu Liu, Jibao Dong, Hongxuan Lu, Huangye Wang, Meng Xing, Hu Liu, Weiguo Liu (2026), Millennial-scale precipitation isotope variability reveals spatial heterogeneity in Asian monsoon moisture during the last glacial period. Global and Planetary Change, 257, 105228. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105228.

圖1 末次冰期西峰黃土δDwax記錄

圖2 西峰、源堡和騰沖青海δDwax記錄的千年尺度季風(fēng)降水變率對比

圖3 末次冰期中亞洲季風(fēng)降水同位素千年尺度平均振幅的空間差異