地球環境所發現全新世最強的千年尺度亞洲季風減弱突變事件

2020-12-05 中國科學院

    早期的研究表明，即使是在氣候相對溫暖且穩定的全新世，仍然存在一系列千年-百年尺度的快速氣候變化事件。這些快速氣候變化事件在格陵蘭冰芯溫度記錄、北大西洋冰筏沉積、中低緯熱帶-副熱帶季風等眾多古氣候檔案中均有檢出。它們共同且突出的特徵就是氣候在較短時間內（通常在幾十年甚至更短）相對於之前的平均態發生大幅度的突變，並持續數百年，然後再跳轉回平均態。對於這些發生在溫暖背景下（全新世）的快速氣候變化事件的過程及機理的研究將有助於人們理解地球氣候系統的不穩定性特徵並預測未來全球變暖預期下地球氣候發生突變的風險性。

　　在全新世一系列快速氣候變化事件中，發生在距今8200年的快速氣候突變事件（俗稱8.2 ka事件）是最受大家關注的一次。研究表明這次事件可能是北美勞倫泰德冰蓋在撤退過程中形成的冰川堰塞湖的快速坍塌導致的，大量淡水短時間內迅速注入北大西洋，導致溫鹽環流減弱甚至終止，北大西洋地區快速降溫。從格陵蘭冰芯的溫度記錄來看，8.2 ka事件時溫度下降了6度甚至更多，遠遠超過了其他全新世氣候震蕩的幅度，成為格陵蘭冰芯中最強的全新世快速氣候突變事件（圖1）。

　　但是，最新的研究結果顯示，在亞洲季風區，情況可能跟高緯地區存在顯著差別。中國科學院地球環境研究所花粉與熱帶氣候變化實驗室研究人員利用我國中部湖北神農架大九湖泥炭沉積物的元素地球化學、同位素地球化學及孢粉記錄，探討了8.2 ka 和9.2 ka左右亞洲夏季風的變化特徵及其可能的機制。結果顯示，9.2 ka左右大九湖盆地泥炭發育中斷，流域化學風化強度明顯減弱，喬木植物減少，草本植物增加，森林系統更開放，表明東亞夏季風降水顯著減少，其突變幅度遠遠超過了8.2 ka事件（圖2左）。綜合分析中國石筍季風記錄，青海湖、山西公海、廣東湖光巖等湖泊季風記錄，以及印度季風區的海洋沉積、石筍等季風記錄，發現9.2 ka季風突變幅度大於8.2 ka事件的現象在亞洲季風區普遍存在，並且9.2 ka事件有可能是亞洲季風區全新世突變幅度最大的一次季風減弱事件（圖2右）。

    研究人員通過與高緯氣候記錄以及太陽活動記錄的對比發現，9.2 ka事件和8.2 ka事件亞洲季風突變的機制可能有所不同。8.2 ka事件是由北美冰融湖坍塌導致大量淡水注入北大西洋引起的，最先引起北大西洋附近氣候發生突變，隨後通過海洋和大氣傳輸影響全球其他區域；其信號在北大西洋附近最強（如格陵蘭冰芯記錄），但是由於遠距離傳輸會出現信號削弱，加上季節性變化的差異，所以在亞洲季風區夏季風記錄中可能表現得並不是特別明顯。而9.2 ka事件可能主要是由於太陽活動減弱導致的，太陽活動減弱使得太陽輻射減少並且光譜分布發生改變，可能能夠直接驅動低緯夏季水文循環，從而直接影響亞洲季風區的夏季風記錄（圖3）。

    這一研究成果由中科院地球環境所晏宏團隊最近發表於Climate Dynamics，第一作者為博士生張文超，相關工作得到基金委優秀青年基金等項目的資助。

    論文信息：Zhang, W., Yan, H*., Dodson, J. et al. 2017. The 9.2 ka event in Asian summer monsoon area: the strongest millennial scale collapse of the monsoon during the Holocene. Climate Dynamics. DOI: 10.1007/s00382-017-3770-2.

　　論文連結

 

圖1：格陵蘭冰芯記錄的全新世溫度變化，8.2ka左右的降溫突變幅度為全新世最大，遠大於9.2ka。

 

　　圖2左：神農架大九湖泥炭元素地球化學序列記錄的全新世快速氣候變化事件，其中Rb/Sr比值代表化學風化強度，能夠較好地指示季風降水的變化。圖中標出8.2 ka，9.2ka以及YD事件，注意9.2ka的突變幅度遠超8.2ka。圖2右：亞洲季風區古氣候記錄的8.2ka和9.2ka事件對比（9.2ka突變幅度均強於8.2ka）。a：青海湖季風記錄；b：該研究神農架大九湖記錄；c: 董哥洞石筍記錄；d：湖光巖季風記錄；e：印度洋季風記錄；所有記錄均去除了軌道趨勢。

 

　　圖3：亞洲季風記錄（7.5ka-11ka）與太陽活動強度對比。左圖：青海湖季風記錄（a）、董哥洞石筍記錄（b）、大九湖季風記錄（c）與太陽活動強度記錄（d）。注意：8.2ka太陽活動幅度小於9.2ka，相應的季風減弱幅度8.2ka也小於9.2ka，並且太陽活動變化大致超前季風記錄200年左右。右圖：三條季風記錄後推200年後與太陽活動強度的對比。

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