樹輪穩(wěn)定氧同位素：解鎖我國“中央水塔”的密碼

秦巴地區(qū)橫貫我國中部，具有豐富的生物多樣性和高度的氣候敏感性。其中，秦嶺更是被譽(yù)為中國的“中央水塔”，是我國暖溫帶和亞熱帶季風(fēng)氣候的過渡地帶。秦巴地區(qū)不僅是我國重要的水資源保護(hù)區(qū)，更是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。然而，近幾十年來，氣候變化對(duì)秦巴地區(qū)的水資源、生物多樣性和生態(tài)環(huán)境等造成了巨大沖擊。

夏季是秦巴地區(qū)降水最為集中的季節(jié)，也是植被生長的關(guān)鍵時(shí)期。夏季水文氣候的變化及水熱配置模式在一定程度上不僅會(huì)對(duì)水資源造成重要影響，也會(huì)對(duì)植被生長及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，社會(huì)急需對(duì)氣候變化作出高質(zhì)量、可靠的預(yù)測。然而，現(xiàn)有資料在時(shí)間分辨率、氣候量化程度或空間覆蓋度等方面，遠(yuǎn)不能滿足氣候變化的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析及未來趨勢(shì)預(yù)測的需求，對(duì)秦巴地區(qū)夏季水文氣候變異的時(shí)空特征及其潛在原因的理解仍有待深入。

近日，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）的樹輪課題組研究人員，利用高分辨率樹輪 δ18O 記錄，定量重建了秦巴地區(qū)南部1830-2017年間的夏季相對(duì)濕度（RHJJA）變化歷史（圖1）。這一研究為我們打開了洞察中國“中央水塔”歷史時(shí)期夏季水文氣候變化的窗口。

該研究揭示，中國歷史時(shí)期兩次特大干旱—“丁戊大旱”和“1940-1943 年大旱”，均對(duì)研究區(qū)產(chǎn)生重大影響，其中“1940—1943 年大旱”的影響程度更甚。重建中識(shí)別出的三個(gè)干旱期（公元 1850-1859 年、1920-1943 年、1966-1982 年）和三個(gè)濕潤期（公元 1861-1875 年、1885-1898 年和 2009-2013 年）與“中央水塔”內(nèi)部多地的水文氣候振蕩基本一致，表明秦巴地區(qū)一定時(shí)空尺度水文氣候變化的同步性。然而，在1943-1953 年這連續(xù)11年期間，“中央水塔”北部和南部的年RHJJA變化存在差異，步調(diào)不一致（圖2），即南部偏干旱（濕潤）時(shí)北部偏濕潤（干），這與亞洲夏季風(fēng)內(nèi)部系統(tǒng)的調(diào)整密切相關(guān)。此外，秦巴地區(qū)出現(xiàn)的干暖/濕冷的模式（圖3）表明，未來氣候變暖可能會(huì)加劇這一廣大區(qū)域的干旱狀況。

該研究揭示進(jìn)一步揭示，這一“中央水塔”的水文氣候變化主要由亞洲夏季風(fēng)（ASM）驅(qū)動(dòng)，其中印度夏季風(fēng)（ISM）輸送的水汽起著主導(dǎo)作用。此外，厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）進(jìn)一步調(diào)節(jié)著這一區(qū)域的水文氣候變化。該研究對(duì)于理解氣候變化的影響、水資源管理以及“中央水塔” 及其他季風(fēng)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)至關(guān)重要。

圖1 研究區(qū)（左圖）及夏季相對(duì)濕度重建（右圖）

注：圖中紅點(diǎn)代表極端干旱年份。

圖2?秦嶺北坡(N-QLM)、南坡(S-QLM)和巴山地區(qū) (本研究)夏季相對(duì)濕度對(duì)比及其與驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系

圖3?秦巴地區(qū)夏季相對(duì)濕度變化與同期溫度的關(guān)系

Cai QF*, Zhang HY, Liu Y*, Xie M, Ren M, Li Q, Sun CF, Song HM, Liu RS, Meng K, Chen D. Tree-ring δ18O, a window into the summer hydroclimatic variations in the Central Water Tower of China. Journal of Hydrology, 2026: 664, 134466.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134466