地球環(huán)境研究所通過黃土葉蠟氫同位素揭示末次冰期亞洲季風降水格局的空間異質(zhì)性

亞洲夏季風的千年尺度氣候變率對于理解季風動力學和預測未來亞洲水文氣候變化至關重要。目前，千年尺度季風降水變率受高、低緯度氣候系統(tǒng)驅動和調(diào)制的具體過程，特別是千年變率幅度的空間異質(zhì)性及其影響因素，備受關注。各種地質(zhì)載體中的降水氫氧同位素記錄在季風降水和水文氣候演化研究中發(fā)揮了重要作用。其中，黃土葉蠟氫同位素記錄（δDwax）因分布廣泛、記錄連續(xù)完整及時間跨度長等特點，成為研究季風邊緣區(qū)降水千年變率的理想工具。

中國科學院地球環(huán)境研究所“極端氣候事件及影響”團隊（EXCEIS）基于黃土高原中部西峰剖面，重建了末次冰期（約20–70 ka BP）平均分辨率為280年的黃土δDwax記錄，獲取了軌道尺度與千年尺度的降水氫同位素變率特征（圖1）。在軌道尺度上，西峰δDwax記錄與北緯65°夏季太陽輻射具有顯著相關性，表明西峰地區(qū)降水同位素變化主要受高緯度輻射強迫驅動。在千年尺度上，盡管西峰δDwax千年變率振幅的歲差調(diào)制特征凸顯了低緯度夏季太陽輻射的重要作用，但其振幅顯著受到抑制（圖2）。通過綜合集成末次冰期亞洲季風區(qū)不同區(qū)域的降水同位素記錄，研究進一步揭示季風降水千年振幅具有顯著且復雜的空間異質(zhì)性（圖3）。在季風系統(tǒng)間尺度上，降水同位素振幅呈現(xiàn)明顯的“西大東小”空間分布格局，印度季風區(qū)的整體振幅高于東亞季風區(qū)。而在各季風系統(tǒng)內(nèi)部，振幅的空間變化特征則表現(xiàn)出一致性，即沿季風水汽輸送路徑向季風邊緣區(qū)逐漸增強，并在超過一定邊界后減弱。

研究認為，這種空間異質(zhì)性主要與水汽傳輸距離所決定的同位素分餾過程密切相關。降水同位素振幅沿水汽傳輸路徑逐漸增強，在雨帶邊緣區(qū)域達到最大。末次冰期中，季風雨帶顯著南撤而遠離西峰等內(nèi)陸地區(qū)，導致當?shù)亟邓凰厍瓴▌用黠@削弱。研究強調(diào)，水汽輸送的路徑與強度不僅解釋了季風邊緣區(qū)千年變率振幅衰減的原因，更從根本上揭示了控制整個亞洲季風區(qū)千年事件區(qū)域差異性表達的關鍵機制。在未來持續(xù)變暖的情景下，亞洲內(nèi)陸水文氣候波動與季風雨帶相對位置之間的聯(lián)系值得高度關注。該研究為在全球變暖背景下預測亞洲內(nèi)陸水文氣候波動及其與季風雨帶位置的耦合關系提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。

該研究近日發(fā)表于地學期刊Global and Planetary Change，碩士研究生黃亞司為第一作者，王政研究員為通訊作者。研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2023YFF0804300）、嶗山實驗室科技創(chuàng)新項目（LSKJ202203300）和國家自然科學基金項目（42173019, 42573010）的資助。

Yasi Huang, Fan Zhang, Zheng Wang, Yunning Cao, Jing Hu, Qian Li, Xu Liu, Jibao Dong, Hongxuan Lu, Huangye Wang, Meng Xing, Hu Liu, Weiguo Liu (2026), Millennial-scale precipitation isotope variability reveals spatial heterogeneity in Asian monsoon moisture during the last glacial period. Global and Planetary Change, 257, 105228. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105228.

圖1 末次冰期西峰黃土δDwax記錄

圖2 西峰、源堡和騰沖青海δDwax記錄的千年尺度季風降水變率對比

圖3 末次冰期中亞洲季風降水同位素千年尺度平均振幅的空間差異