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《Scientific Reports》:中全新世丰沛的东亚夏季风降水为中华文明发展提供了环境背景

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作为亚洲季风系统的主要组成部分,东亚夏季风变率控制着东亚地区水文和生态变化的几乎所有方面。东亚夏季风降水的异常行为可能导致严重的旱涝灾害,从而对世界三分之一人口的经济和社会活动产生显著影响。在未来全球变暖趋势下,东亚夏季风降水会如何变化?这是学术界和公众极为关注的重要科学问题。深入理解自然状况下夏季风变化历史和驱动机制,是解答这一问题的前提和基础。近日,Nature集团旗下《Scientific Reports杂志刊登了实验室陈发虎团队的最新研究成果。在题为《末次冰消期以来东亚夏季风降水变率》(East Asian summer monsoon precipitation variability since the last deglaciation)(http://www.nature.com/srep/2015/150618/srep11186/full/srep11186.html)的论文中,研究者定量重建了过去14.7 ka1ka=1000年)以来平均分辨率达到20年的东亚夏季风降水变化历史,并结合数值模拟资料讨论了冰消期和全新世驱动东亚夏季风演变的可能因素。据悉,这是实验室环境变化研究团队第二次以第一作者单位在Scientific Reports发表东亚夏季风演化的研究成果,也是继今年实验室发表《Science》论文之后再次发表探索气候变化和史前文明演化的高水平研究论文。

关于现有的东亚夏季风代用记录,石笋氧同位素因其年代测定精确、分辨率高得到广泛使用。然而,对于中国南方石笋氧同位素的确切指示意义存在争议,越来越多的学者认为其变化难以真实反应东亚夏季风演变过程。现代气候学研究显示,强盛的东亚夏季风环流可以从太平洋和印度洋携带更多的水汽,导致华北降水增加;反之则相反。基于此认识,陈发虎研究团队利用位于华北吕梁山的高山湖泊沉积岩芯,与挪威卑尔根大学、英国伦敦大学学院、牛津大学、利物浦大学,以及国内河北师范大学、中科院北京地质所、中山大学等多家单位合作,开展高精度年代学测试(25个陆生植物残体AMS 14C年代),利用我国现代表土孢粉数据库(2689个样品)和高分辨率化石孢粉分析(771个样品),首次定量重建了冰消期以来的东亚夏季风降水变化历史(左图),获得如下主要认识:一、全新世东亚夏季风降水最大值出现在中全新世(7.8~5.3 ka),当时华北降水量比现代高30%;这一时期的高降水为中国北方灿烂的仰韶文化提供了环境背景(右图)。二、末次冰消期以来存在多次东亚夏季风快速变化事件,很好反映了全球尺度的气候事件—例如新仙女木事件(YD)、中世纪暖期(MWP)、小冰期(LIA);总体而言,夏季风强度与温度在多千年尺度和百年尺度均表现为正相关;最近几十年的季风衰退可能体现了人类活动造成温室气体升高所导致的全球增温对季风系统的特有影响。三、东亚夏季风的演化基本受控于北半球夏季太阳辐射变化,但高纬冰量导致的大西洋经向翻转环流变化对冰消期和早全新世的季风增强有明显的抑制作用,晚全新世季风的快速衰退还可能与低纬厄尔尼诺-南方涛动变化有关。

此项研究为亚洲季风变化及相关工作提供了可对比的高分辨率定量降水记录。关于东亚夏季风在中全新世最强盛的认识与目前流行的基于石笋记录的“季风在早全新世最为强盛”的观点存在明显差异,陈发虎团队在近期出版的Earth-Science Reviews杂志发表了看法(http://authors.elsevier.com/a/1RFYJ2weQPl7W),认为可能的原因在于我国南方石笋氧同位素主要记录降水同位素变化,而降水同位素变化并不等同于降水量的变化,因此不能作为确切的东亚夏季风指标。在季风驱动机理方面,该研究揭示出除外部驱动(太阳辐射)之外,地球系统内部变率(高纬冰量、低纬海气耦合系统)对东亚夏季风的长期演化具有重要影响。

此项研究得到国家自然科学基金委和科技部等机构的共同资助。

 

图1:定量重建的过去14.7 ka以来东亚夏季风降水变化(g)及其与区域其他湿度代用资料(b-d)、全球温度(e)、全球冰量及大西洋经向倒转环流(f)和中国南方石笋氧同位素(a)的对比。右图:黄河流域新石器时期文化演变的时空格局,(A)前仰韶时期、(B)仰韶时期、(C)后仰韶时期。可见在仰韶文化最为发达的时期(表现为较高的遗址点数量和统一的文化类型),东亚夏季风降水量处于最大值阶段(7.8~5.3 ka)

 

 

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