2024年9月，《Catena》以“Synchronous climate and civilization changes spanning the Common Era: High-resolution biomarker record from a mountain peat in East China”为题，发表了海洋地质国家重点实验室田俐萍博士与合作者的研究成果，以江西大湖塘泥炭为研究对象，基于来源于细菌膜脂的支链甘油双烷基甘油四醚(brGDGTs)，重建了该地区过去2000年以来古气候变化历史；并着重讨论了在明朝中晚期气候变化对朝代更替的可能影响。
了解过去2000年的气候变化，有助于深入理解人类文明演化与自然气候变化之间的关系，为预测未来气候和环境变化对人类生存的影响提供参考。据统计，中国历史上超过70%的王朝衰落或共存政权数量增加可能与变干或变冷等气候事件有关。目前，我国过去2000年以来温度定量重建工作已有大量的研究成果，但主要集中在西北地区及东部平原地区，同时我国东部古降水分布格局的重建仍然存在较大争议，这限制了我们对区域气候变化时空特征的清晰理解，也无法深入认识气候变化与人类文明演化的关系。
该研究选择亚热带罗霄山脉地区大湖塘(DHT)高山沼泽泥炭(28.94°N, 114.97°E, 1446 m a.s.L)沉积物为研究对象(图1)。基于来源于细菌膜脂的支链甘油双烷基甘油四醚(brGDGTs)和随机森林算法—FROG模型(该模型以全球泥炭和表土brGDGTs样点作为数据库，n = 775)重建了研究区过去2000年以来古温度变化；综合brGDGTs-pH、总有机碳(TOC)和总氮(TN)地球化学指标，重建了该地区有效湿度的演化历史；结合历史文献资料，着重讨论了明朝中晚期气候变化对朝代更替的可能影响。结果表明：
(1) DHT重建结果显示，研究区在中世纪暖期(MWP)和小冰期(LIA)分别呈现相对暖湿和相对冷干的气候条件；
(2) 集成东亚大陆地区的生物标志物(包括GDGT和烯酮)古温度定量重建结果，表明MWP大多起始于700-900 CE之间，且LIA多结束于1850 CE，这两个气候阶段间的时间分界线在1300-1450 CE之间波动变化；同时揭示MWP和LIA的转换期间温度变幅为1-3℃，明显高于海洋记录的温度重建结果，这可能是由于海陆热力差异所导致的；
(3) 我国东部水文记录集成表明，LIA时期水文变化可能呈现“三极”模式(干-湿-干)，即华北地区相对干燥、华北以南和长江中下游以北较湿润、长江中下游以南气候相对干燥(图2和图3)，该模式可能由西太平洋副热带高压(WPSH)移动所造成；
(4) 与史料对比进一步表明，明朝中晚期气温明显降低及区域降雨不平衡，可能造成我国东部极端旱洪涝灾害并发现象的频现，进一步加剧了瘟疫发生频度和影响范围以及战争的爆发，最终导致了明朝的衰落(图4)；这一极端气候可能由于太阳辐射降低和海水表层温度(SST)异常变化共同造成。
图1 研究点位置分布图及区域气候特征图。(A) 大湖塘泥炭地及东亚地区基于生物标志物古温度定量重建研究点位置分布图，(B) 修水气象站位置及东亚亚热带地区brGDGTs表土样点分布图，(C) 1953-2011 CE修水气象站记录的月均降雨和大气温度分布图。
图2 中国东部水文记录及气候因子对比图。(A) 大湖塘泥炭地brGDGTs-pH和TOC含量变化，(B) 洗药湖Paq和正构烷烃单体氢同位素记录，(C) 落水洞δ18O记录，(D)我国华北地区基于石笋和历史资料集成的降雨指数，(E)Nvshan湖泊CIE红色参数与CIE亮度比值，(F)大九湖泥炭基于孢粉定量重建的降雨量，(G) Jiuxian洞δ18O，(H)Daye湖基于iGDGTs重建的湖泊水位变化，(I)基于史料资料记录的我国江淮地区极端洪涝灾害发生次数，(J)西太平洋SST记录，(K)东太平洋SST记录，(L)东西太平洋SST温差变化，(M)Niño3地区SST变化，(N)北大西洋SST记录，(O)太阳辐射量记录。
图3 气候变化与明朝社会灾害记录的关系对比图。(A) 太阳辐射量记录，(B) 大湖塘泥炭TOC及TN记录，(C) 基于brGDGTs重建的大湖塘泥炭温度及pH记录，(D) 极端旱洪涝并发次数，(E) 明朝疫病发生频度及战争发生次数，(F) 基于brGDGTs重建的大湖塘泥炭温度及pH记录，(G)明朝极端旱洪涝并发次数及受疫病影响的标准化后的城市数量。
我室田俐萍博士为该研究第一作者，中山大学陈聪特聘副研究员和黄康有教授为共同通讯作者，同济大学贾国东教授和中山大学郑卓教授、张潇特聘副研究员为合作作者。该项工作得到国家重点研究发展计划、国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队项目和广东省自然资源事务管理-生态林业建设专项资金共同资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108395