近日，国际知名期刊《Global and Planetary Change》发表我室黄恩清教授及其合作者的研究成果“Precession control of interglacial winter monsoon intensity over tropical East Asia”，利用单壳体有孔虫同位素重建热带温度季节性演化。
根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的最新评估报告，随着温室效应带来的全球变暖，本世纪末热带气候的时空演变很可能将更加极端。这主要体现在两个方面，一是在空间上，湿润地区将变得更加“潮湿”，干旱地区将变得更加“干旱”。二是在时间上，某些地区雨季的降水更加丰富，旱季的降水反而进一步减少。降水在时空上的极端分布，必然带来更加频繁的洪涝和旱灾，对人口稠密区造成巨大威胁。由于现代观测数据的时间序列还较短，导致我们对热带温度和降水的季节性演化(seasonality)规律和驱动机制还缺乏认识，这也限制了对未来气候变化的预报能力。如果古气候重建记录能够提供气候季节性演化方面的资料，无疑会极大增强我们对不同时间尺度下热带气候演变过程的认知。
“气候变化低纬驱动”课题团队近年来在努力尝试重建热带气候季节性的地质演变历史，其中一个方法就是利用单颗粒有孔虫氧同位素来重建温度的季节性演化。浮游有孔虫生命周期仅为2-4周，单个有孔虫壳体会记录所生活季节的海洋环境信息。在同一个深海沉积物样品中，利用高精度MAT253 plus同位素比质谱仪测量一定数量单个有孔虫壳体的氧同位素组成，再计算数据的离散程度，就可以推测某个地质时间窗口内的温度季节性信息。该方法的分辨率虽然较为粗糙，但最大优势就是可以完整地覆盖整个晚第四纪历史。这是珊瑚、砗磲等古气候记录载体无法比拟的。
图1 南海南部全新世和末次间冰期单壳体浮游有孔虫氧同位素的结果与对比
本次研究利用南海南部两个高质量岩芯沉积物(MD05-2896和2897)初步检验了该方法的有效性。挑选末次间冰期(距今12.6-11.7万年)和全新世(距今1.2万年以来)的数十个样品，完成数百次的高精度同位素测试。发现在两个间冰期内，氧同位素的离散程度逐步降低，代表温度季节性差异越来越小。这种变化趋势与岁差波动呈现高度一致性。末次间冰期岁差振幅较强，相应地，温度季节性差异的变化幅度也更大。
在南海，由于温度季节性差异主要受到冬季风风速控制，因此获得的记录事实上反映了两个间冰期内的冬季风强度变化。该项研究得到了一个与先前研究不同的结论。过去认为东亚冬季风主要受到北半球冰盖体积和西伯利亚高压的影响，因此在间冰期早期，较大的北半球残留冰盖会驱动一个较强的冬季风风场。但是结合复杂气候耦合模式的数模模拟结果，该项研究认为热带-亚热带东亚冬季风主要受到岁差驱动，与高纬冰盖变化不存在相关性。岁差主要通过两个机制调控冬季风强度：在间冰期早期，一方面较弱的北半球冬季太阳辐射量可以增强亚洲内陆和太平洋之间的温度梯度，进而提高整个东亚冬季风场的强度；另一方面，岁差参数有利于赤道太平洋出现偏向拉尼娜的气候态，进而在热带西太平洋上空触发一个异常的顺时针气旋环流，也可以增强从北方南下的冬季风风速。因此，该项研究对东亚低纬冬季风地质演化过程提供了崭新的记录和解释。
图2 全新世东亚冬季风记录与气候数值模拟结果的对比。在模拟结果中(TRACE-21瞬变实验)，冬季风强度主要受到岁差驱动的影响，与冰盖、大气二氧化碳浓度以及冰融水流量等驱动因素无关。
该研究只是单壳体有孔虫同位素方法的一个初步应用。未来，随着在更多站位和更多时间窗口应用该种方法，预计会有效推进我们对晚第四纪热带温度季节性演化的认识，进而帮助我们更好理解低纬降水时空演化的规律。
论文第一作者及通讯作者为黄恩清教授，合作者包括我室田军教授、研究生王诗贺、魏思华和袁子杰。该研究受国家自然科学基金（42122042、42076061、42188102、42030403）与中央高校基本科研业务费专项资金（22120220531）共同资助。
全文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0921818123002205