全新世东亚季风突变及阶梯式变化研究

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全新世是人类文明演化的重要时期,是研究气候变化与人类社会发展的关系的重要时期。在亚洲季风区,季风气候的稳定性是影响社会文化和历史朝代更替的重要因素,因此全新世东亚季风的演变以及千年尺度突变是科学研究的重点。全新世作为一个典型的间冰期,该时期气候演变的一个突出特点就是存在着一系列千年尺度的气候突变事件,如全新世快速气候变化事件(RCC)和高纬度Bond事件。大量的亚洲季风重建记录表明在全新世时期季风强度在轨道尺度上是受太阳辐射所主导,然而不同于太阳辐射强度较为平滑的变化,有研究表明季风强度在此时段存在阶梯式变化的特征,暗示了季风变化可能存在着阈值效应,而季风复杂的状态更迭可能是人类迁徙、文明更替和古代社会崩溃的重要驱动因素。因此,逐渐减弱的太阳辐射及其引起的海洋-大气非线性反馈过程,是否直接或间接触发了亚洲季风的突变事件?季风变化的阶梯式非线性响应现象是否贯穿整个全新世以及在中国季风区是否具有普遍意义?这些问题仍需深入研究。本文通过来自中国典型季风区重庆金佛山地区黑风洞的石笋HF01记录,重建了全新世以来亚洲季风的演变,通过Rampfit回归分析方法对全新世石笋记录进行多段拟合分析,并通过贝叶斯分析方法对拟合分析进行了验证,结合同时期其他区域的地质载体记录对全新世期间亚洲季风强度存在的阶梯式变化特征进行探讨;通过与表征北大西洋气候的记录曲线进行对比分析,并通过Past 3.5软件对数据进行处理,简要探讨亚洲季风在全新世对北大西洋千年尺度冷事件可能存在的差异响应机制。得出以下结论:(1)重庆黑风洞石笋HF01δ18O记录在轨道时间尺度上的变化趋势与中国季风区其它石笋记录基本一致,石笋δ18O值在早中全新世比较偏负,在晚全新世比较偏正,整体跟随着全新世北半球太阳辐射值的变化趋势。在早全新世末期的8.5~8.0ka BP时段,石笋HF01记录表明EASM存在着一个至少持续500 a的“w”型的季风振荡事件,此次气候波动事件由于发生时间和持续时间都与先前研究的8.2 ka事件有别,并且在季风区的石笋、泥炭等记录中都有印记,显示季风在早全新世后期的衰退在季风区具有普遍性。这在一定程度上阻碍了早中全新世季风的整体增强进程,打断了早全新世季风的持续增强趋势,因此早全新世季风也并未如中全新世季风般稳定强盛。(2)通过Rampfit回归分析方法对HF01δ18O记录进行多段拟合分析,发现石笋氧同位素的变化存在明显的阶梯式变化趋势,总体可以划分为六个平衡态(Step1~6)以及五个转换态(Transition1~5)。运用贝叶斯分析方法得出HF01的五个转换态(T1~T5)均能通过贝叶斯分析方法的后验验证,其中T2转换阶段的后验概率最高,达到66%,而T1(50%)、T4(52%)和T5(48%)的后验概率都在50%左右,T3的后验概率相对较小(38%)。贝叶斯数学算法支撑了我们划分的全新世季风状态存在的六个平衡态和五个转换态的观点。Rampfit分析结果表明,石笋HF01记录显著反映了全新世季风变化的非线性、阶梯式变化特征,即:1)早全新世时由于太阳辐射的不断累积,从而激发季风状态突破其变化阈值而产生跃升的突变,导致季风在早全新世时呈一个两级阶梯式增强的形态;2)在中晚全新世时期,随着太阳辐射的持续减弱,使得季风状态在此时段不断突破其跃减阈值,使得季风变化呈现出三级阶梯式减弱的变化形态;3)对比纵贯中国季风区南北指代季风的地质记录发现,早全新世季风变化形态较为复杂,石笋记录指示此时季风呈阶梯式增强的趋势,而湖泊记录则认为季风在此时波动较大,存在数次季风不稳定事件;进入中晚全新世以后中国南北方的季风记录都呈现出阶梯式减弱的形态,表征着阶梯式的季风变化形态在中国季风区具有普遍性。(3)在与表征北大西洋冷事件(Bond事件)的染赤铁矿含量对比中发现,石笋HF01δ18O序列记录的全新世的弱季风事件在早全新世和中晚全新世具有不同的形态。发生在早全新世的弱季风事件具有季风减弱和恢复增强两个过程,而中全新世时期的弱季风事件只有季风减弱过程,季风强度不再恢复。全新世不同时期季风状态的转变可能是由太阳辐射的累积变化和Bond事件共同作用产生的结果,只是在不同的阶段太阳辐射扮演角色不同。Bond事件与东亚季风减弱事件既存在紧密联系,也有区别:在整个全新世Bond事件是往复的,温度可在减弱事件发生后恢复;而在亚洲季风区,中晚全新世弱季风事件是单向减弱。这表明了太阳辐射的强度对于由Bond事件引起的弱季风事件的恢复具有重要影响。而频谱分析结果也进一步证实了季风阶梯式变化所存在的阈值效应是由太阳辐射的累积变化和北大西洋千年尺度的冷事件的共同作用产生的结果。
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