不同间冰期中国气候变化的石笋记录研究

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亚洲季风区人口密集,其社会经济发展受夏季风强度变化影响强烈。亚洲夏季风在以往间冰期的演化特征,能为深入了解当前间冰期(Marine Isotope Stage1,MIS1)及预测未来亚洲夏季风演化过程提供重要参考。本研究将从中国季风系统出发,基于已发表的中国间冰期石笋δ18O记录,对不同间冰期亚洲夏季风变化特征进行整体探讨,并综合学术界重要发现,得出以下结论:(1)对不同经纬度的中国石笋δ18O记录的变化趋势进行了整体分析,发现变化节奏相仿,说明石笋δ18O记录能够指示大空间尺度气候变化的有效性。为了验证印度洋和太平洋水汽对石笋δ18O记录的影响,选取亚洲季风区12个洞穴13支石笋δ18O记录,通过Past3.0和Origin8.0软件依次做30a插值和归一化处理,将标准化的12支石笋δ18O记录平均合成东亚季风区石笋δ18O记录(δ18OEASM)和印度季风区石笋δ18O记录(δ18OISM)。δ18OEASM和δ18OISM在MIS1早期同步偏负,认为东亚季风区和印度季风区MIS1早期石笋δ18O记录共同响应于太阳辐射升高和冰盖逐渐消融的变化,支持石笋δ18O记录在亚轨道尺度指示亚洲夏季风整体强度变化的主流认识。此外,对印度和东亚季风区的三支高质量石笋在MIS1气候适宜期内(8-6ka BP)δ18O记录做去趋势和周期分析,EMD(Empirical Mode Decomposition,经验模态分解)结果显示这些记录都存在~12a、~30a、~60a、~110a、~200a、~530a、~1000a周期,与太阳活动变化周期相当,暗示了太阳活动外部驱动对亚洲季风的直接影响。(2)MIS1、MIS5e、MIS11c时段东亚季风区高分辨率石笋δ18O记录存在着以下相似周期:~30a、~60a、~140a、~280a、~600a、~1200a、~3000a。将各石笋δ18O记录代表不同时间尺度信号的本征模函数分量(IMF分量)按年代际、百年、千年尺度依次叠加,可分析亚洲夏季风在这些时间尺度变化的特征。结果显示,在年代际尺度上δ18OMIS1、δ18OMIS5e记录振荡幅度相似,都集中在±0.4‰附近,而δ18OMIS11c记录在±0.2‰附近,这表明MIS11c时期亚洲夏季风在年代际尺度上更为稳定;在百年尺度上,δ18OMIS1、δ18OMIS11c记录保持疏密相间的振荡趋势,δ18OMIS5e记录的显著特征是振荡幅度逐渐减小;在千年尺度上,δ18OMIS5e振荡频率不同于δ18OMIS1、δ18OMIS11c的高频振荡。以上分析表明亚洲夏季风演化在百年-千年尺度上可能存在差异。将百年和千年尺度IMF分量叠加以探寻是否在其他间冰期出现类Bond事件,结果显示在MIS11c石笋δ18O记录中识别出17次偏正幅度均超过0.4‰(全新世Bond事件幅度)的夏季风减弱事件,而MIS5eδ18O记录的振荡幅度以及频率完全不同于MIS1和MIS11c,进一步证明MIS5e内类Bond事件并未发生。(3)MIS11c间冰期由于轨道参数与MIS1相像,被认为是研究MIS1气候未来演化的重要类比时段,学者们发现在MIS11c和MIS1后期都存在类似的夏季风异常事件,说明此两阶段季风演化节奏可能相仿。本文对MIS11时段的石笋记录进行周期分析,EMD结果显示存在~35a、~80a、~150a、~340a、~600a、~1200a、~2800a周期,与MIS1很多周期波动相似,从另一个角度说明了MIS11c和MIS1的相似性。石笋δ18O记录的对比结果和EMD结果,表明MIS11c时段夏季风演化历史可能为未来夏季风在数十年-千年尺度的演化提供借鉴,这意味着在自然条件下,未来亚洲夏季风可能与MIS11c相应时段类似,将进入强度减弱阶段。
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