大氣二氧化碳下降驅動晚中新世西北太平洋地區東亞冬季風增強 |張強等-SA

東亞冬季風是溝通北半球高、低緯氣候系統的重要紐帶，對東亞以及西太平洋等廣泛地區的環境變化具有多重影響。冬季風的強度波動直接影響了東亞地區冬季大氣環境質量的變化，冬季風活動增強有利于大氣污染物的快速消散，但極強的冬季風活動會引發一系列極端天氣事件，對社會經濟發展帶來一定的損失。深入理解東亞冬季風的活動規律有助于科學應對冬季風活動所誘導的極端天氣事件。

探索地質歷史時期東亞冬季風的演化特征和驅動機制對于理解未來冬季風活動規律具有重要指導意義。目前對于地質歷史時期東亞冬季風研究的時間尺度主要集中在第四紀以來。前人對于這一尺度東亞冬季風的演化特征和規律的研究程度較為成熟，但對于更長時間尺度的冬季風演化歷史還存在較大的研究空間。晚中新世期間全球氣候和構造格局發生了一系列顯著變化，這為探索東亞冬季風演化與全球變化和構造運動的關系提供了重要的時間窗口。已有的晚中新世東亞冬季風重建記錄主要集中在中國黃土高原和東亞大陸邊緣海（例如：中國南海、日本海等）。為了進一步約束晚中新世東亞冬季風演化歷史和驅動機制，中國科學院地質與地球物理研究所古地磁與年代學實驗室大洋巖石圈課題組張強副研究員聯合國內外多家研究機構對西北太平洋DSDP 578巖心晚中新世沉積物開展了系統的環境磁學、沉積學和地球化學研究，基于多指標重建了晚中新世東亞冬季風演化歷史，同時結合古氣候模擬系統評估了全球氣候變化和構造運動等因素對晚中新世東亞冬季風演化的調控作用。

西北太平洋位于東亞冬季風的下行風向（圖1），地質歷史時期來自亞洲內陸地區的風塵顆粒在風力搬運下向太平洋輸送，并保存在深海沉積物中。近年來的衛星監測資料顯示東亞冬季風是亞洲風塵向西北太平洋地區輸送的主要傳輸介質。海洋沉積物具有沉積環境穩定、沉積連續、時間跨度大、不受河流物質影響等諸多優勢，因此西北太平洋深海沉積物成為探索東亞冬季風演化的理想研究材料。

圖1?DSDP 578巖心位置圖與北半球冬季大氣環流圖

研究人員首先基于地球化學和沉積學指標的變化進一步證實了DSDP 578巖心晚中新世沉積物記錄了可靠的東亞冬季風攜帶風塵輸入歷史。在此基礎上，為了提高冬季風重建結果的可靠性，研究人員從風力強度和源區風化程度兩個角度，基于多指標重建了晚中新世9.0Ma以來東亞冬季風的演化序列（圖2）。新記錄顯示晚中新世期間東亞冬季風具有顯著增強趨勢。中國黃土高原和東亞大陸邊緣海的部分已重建記錄也顯示出東亞冬季風在晚中新世具有增強的特征。基于DSDP 578巖心的新記錄證明了晚中新世期間東亞冬季風具有從內陸到深海大洋的大空間尺度的增強特征。

圖2?DSDP 578巖心基于多指標的東亞冬季風演化記錄重建

在新記錄的基礎上，研究人員基于古氣候模擬系統評估了大氣二氧化碳下降、中亞造山帶和東北青藏高原隆升、南極冰蓋擴張等因素對晚中新世東亞冬季風的驅動作用（圖3）。模擬研究發現，在上述因素中，大氣二氧化碳下降對晚中新世西北太平洋地區冬季風的增強起主導作用（圖3b）。中亞造山帶和東北青藏高原隆升對東亞冬季風的影響在內陸地區較為顯著（圖3c）。盡管高原隆升在西北太平洋地區對冬季風的促進作用不如大氣二氧化碳下降，但其在亞洲季風格局建立方面仍然發揮了關鍵作用。此外，模擬還發現南極冰蓋擴張對晚中新世西北太平洋地區東亞冬季風的影響較弱（圖3d）。

圖3?古氣候模擬結果

該研究利用西北太平洋深海沉積物重建了高精度的晚中新世以來東亞冬季風演化序列，為目前黃土高原和邊緣海地區已有的重建記錄提供了重要補充。新記錄極大程度地擴展了對晚中新世東亞冬季風演化理解的空間尺度。同時，研究結合系統的古氣候模擬發現了大氣二氧化碳波動在晚中新世東亞冬季風大空間尺度增強中所發揮的關鍵調控作用。

研究成果發表于Science Advances（Qiang Zhang, Ran Zhang, Qingzhen Hao, Peter D. Clift, Andrew P. Roberts, Fabio Florindo,Qian Li, Jianxing Liu, Ze Liu, Ke Gui, Huizheng Che, Shuangchi Liu,Qingqing Qiao,Lixia Ju, Chunsheng Jin, Chuanzhou Liu, Qingsong Liu, Wenjiao Xiao, Zhengtang Guo. East Asian winter monsoon intensification over the Northwest Pacific Ocean driven by late Miocene atmospheric CO2 decline[J]. Science Advances, 2024, 10(25): eadm8270. DOI: 10.1126/sciadv.adm8270.）

編輯：萬鵬