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本论文总结了近年来热带海洋珊瑚气候环境记录研究的代表性成果,通过对取自南海北部三亚海域的现代和中全新世Porites lutea珊瑚开展综合的Sr/Ca比值、碳氧同位素组成分析,重建了中全新世盛期(6000-6500yr BP)三段持续时间在30.50年之间的表层海水温度(Sea surface temperature:SST)和降雨记录,了解了这些时段SST以及降雨的变化特征。在此基础上探讨了中全新世南海北部海域气候变化对冬、夏季风强度变化以及ENSO活动的响应,对其内在驱动机制进行了分析,并结合邻近地区的相关研究结果,探讨中全新世季风气候和ENSO的活动及其相互关系的变化特征。此外,对三亚海域珊瑚骨骼碳同位素的变化对环境演变的响应做了初步研究。通过上述研究,本文获得以下研究进展:
1.中全新世的南海北部的SST和现代相似或者稍温暖。其中,6494-6460yrBP期间,最低冬季月均SST、最高夏季月均SST和年均SST的平均值分别为23.6℃、32.1℃和27.8℃,比现代高1.1-2.0℃,相应的1970-1994年的器测SST记录的这些值分别为22.5v、30.1℃和26.3℃。6217-6175yr BP期间,这些值分别为23.8℃、30.5℃和27.2℃,相对于现代的记录而言,冬季SST高1.3℃,夏季SST高0.4℃,年均温度高0.9℃。6342-6299yr BP期间,这些值分别为23.0℃、30.1℃和26.5℃,和现在的记录相似。
2.中全新世期间较高的夏季SKT和较强的夏季风相关,强夏季风驱动较强的来自低纬的表层暖流进入南海北部海域导致较高的SST。珊瑚记录表明从约6500yr BP到约6100yr BP,夏季月均SST存在降低的趋势,和华南古气候记录中的夏季风强度逐渐减弱的趋势类似,可能是由于这一时期北半球夏季太阳辐射持续降低所致。
3.频谱分析结果显示这些珊瑚SST记录了ENSO活动的周期,6342-6299yrBP和6217-6175yr BP期间的夏季SST与现代相似,SST记录分别表现出4.9年和7.8年的ENSO周期,而在6494-6460yr BP期间夏季SST较高,其SST记录没有明显的ENSO周期。这样的结果表明在中全新世的南海气候受ENSO活动影响,并且当时较强的夏季风可能抑制了ENSO活动。
4.6494-6460yr BP期间的雨季与现在相比,存在约5.5个月的时间差,具体而言,相比现在的海南岛雨季发生在5月至10月而言,中全新世降雨可能在12月末至次年1月开始爆发,主要降雨发生在冬季。由于海南岛的主要降雨同时受副热带夏季风(EASM)和热带夏季风(WNPSM)的控制,因此,中全新世的这种降雨模式可能意味着当时这两个夏季风分支的活动以及他们的相互作用和现在不同。同时加强的两个夏季风分支能从某种程度上解释这种差异的原因和其导致的与现在不同的降雨模式:当时的冬季风弱,因此,加强的WNPSM的影响范围延伸到更北的地方,从而,南海北部和华南部分区域受EASM的影响减弱,使得EASM爆发后在这些区域并没有发生显著的降雨;另一方面,加强的EASM撤退的时间可能比现代晚,这将导致WNPSM影响这些区域的时间要比现代晚,而WNPSM的影响时间的推迟会导致其引起的雨季的推迟。
5.三亚珊瑚骨骼δ13C除了受日照时数和云量影响以外,降雨很可能是一个重要的因素:降雨增加河水流量,而携带高度亏损13C的河水进入三亚海域而影响礁区海水的溶解无机碳(Dissolved inorganic carbon:DIC)的碳同位素组成,从而对珊瑚骨骼δ13C产生影响;同时降雨的影响似乎掩盖了日照时数和云量对骨骼δ13C的直接影响而使二者和骨骼δ13C的相关性表现得不明显,这与以往的降雨通过增加的云量和减少的日照时数来影响虫黄藻光合作用而影响珊瑚骨骼δ13C的观点不同,需要对三亚海域和海南岛内河水的溶解无机碳的δ13C进行较长时间的监测来验证这种观点。
6.SST和珊瑚骨骼δ13C具有较好的相关性,由于海南岛内陆的气温和海南岛南岸的SST差异很小并具有很好的相关性,所以骨骼δ13C和SST之间的关系可能代表了骨骼δ13C和海南岛内陆气温的关系,这种关系意味着较高的气温加强了有机质的氧化分解,从而释放的更多δ13C亏损的CO2进入河水,增加河水DIC的含量但降低其δ13C。这些DIC通过径流的方式输入到海南岛南岸海域,影响珊瑚的碳同位素组成。这个模型可以解释SST与骨骼δ13C的相关性和降雨对骨骼δ13C的影响。现代珊瑚骨骼中δ13C明显比中全新世珊瑚低,与现代人类活动产生大量使用化石燃料,导致的大量δ13C亏损的CO2被排放到大气,通过海气交换进入到表面大洋影响而表层海水DIC的δ13C所致。