近日，Nature旗下地學top期刊《Communications Earth & Environment》在線發(fā)表了中科院海洋所萬世明研究組在晚第四紀東亞季風降水演化方面的最新研究成果。海洋所科研人員與瑞典Lund University、西安交通大學和自然資源部第一海洋研究所合作，基于沖繩海槽北部IODP鉆孔沉積物，對東亞北部40萬年以來的降水歷史進行了定量重建，結合古氣候模型模擬，發(fā)現(xiàn)太陽輻射是驅動東亞北部降水演化的主要因素，這向傳統(tǒng)的高緯冰量驅動理論提出了挑戰(zhàn)。
地球圍繞太陽公轉過程中，其接收的太陽輻射量變化受到三個軌道要素的調控，即偏心率、斜率和歲差。從晚春-早夏開始，隨著北半球太陽輻射量的增加，亞洲大陸與印度洋-太平洋之間的溫度-壓力梯度逐步加大，形成自海洋吹向陸地的夏季風。由于地球軌道要素中的歲差所引起的30 N處日射變幅最大，約占整體變化的96%，因此夏季風變化理論上應主要受歲差驅動，且其變化周期應為2萬年。絕大多數(shù)古氣候模擬結果驗證了這一理論。然而與之相對立，大多數(shù)經典的夏季風重建記錄如黃土磁化率等卻具有很強的10萬年周期，并認為其受到北半球高緯冰量的調控。為何實際觀測與理論和模型不同？是季風演變自身的特殊性，還是替代指標的指代性存疑？幾十年來這些問題一直困擾古氣候研究領域。
本研究基于沖繩海槽北部IODP U1429鉆孔沉積物，在查明沉積物為黃河輸入的基礎上，應用現(xiàn)代黃河流域沉積物硅酸鹽風化指標建立的風化-溫度-降水模型，定量重建了40萬年以來我國北方的降水演化歷史。與模擬結果一致，我們的降水記錄顯示出很強的2萬年周期。通過綜合對比，發(fā)現(xiàn)我國南方和東南亞西部的降水變化卻以10萬年周期為主。進一步研究表明，我國北方降水主要發(fā)生在夏季，因此與夏季太陽輻射變化密切相關。但南方除了夏季降水之外，春秋季降水同樣占比很大，冰期時春秋季南方水汽輻合作用增強，使得當?shù)啬杲邓癸@了冰量變化的信號。而東南亞西部降水則主要受到與冰量變化相關的海平面變化，以及水汽輸送等過程的影響，因此也顯示出較強的冰期-間冰期旋回。
本研究強調了太陽輻射在東亞降水中的重要驅動，從季節(jié)性降水的角度探討了高緯冰量與低緯太陽輻射在東亞水文氣候中的相互作用。以往東亞區(qū)域的大多數(shù)降水記錄多反映的是年降水，但卻被用來解釋夏季風降水。研究認為，如果在年降水以夏季降水為主的區(qū)域，年降水可以近似指示夏季降水；但在春秋季降水占比較大的區(qū)域，將其簡單解釋為夏季降水就會存在很大不確定性。這可能也是東亞區(qū)域諸多降水記錄存在差異的一個重要原因。
海洋所副研究員趙德博為該論文第一通訊作者，瑞典Lund University研究員陸正遙（Zhengyao Lu）為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、以及瑞典FORMAS研究委員會基金的資助。相關成果及鏈接如下：
Zhao, D.*, Lu, Z.*, Wan, S., Cheng, H., Shi, X., Li, A. Quaternary rainfall variability is governed by insolation in northern China and ice-sheet forcing in the South. Commun Earth Environ 4, 7 (2023).
https://doi.org/10.1038/s43247-022-00670-9
東亞晚第四紀降水演變2萬年和10萬年周期的強度分布及現(xiàn)代季節(jié)性降水的空間變化
40萬年以來東亞北部、南部以及東南亞西部降水演化趨勢及其周期對比
