2025年2月27日,西南大学地理科学学院、岩溶环境重庆市重点实验室杨琰教授团队,联合西安交通大学、云南师范大学、新加坡南洋理工大学、云南大学、美国明尼苏达大学等多家科研单位,在国际地学一区Top期刊《Quaternary Science Reviews》在线发表了题为“Hydroclimate variability in southwest China during Marine Isotope Stage 9: Insights from multi–proxy stalagmite records”的研究论文。
这项研究基于中国西南地区重庆水鸣洞高精度定年、高分辨率的石笋多指标记录(δ18O、δ13C、Mg/Ca、Ba/Ca和Sr/Ca),重建了海洋氧同位素9阶段(MIS 9)期间与亚洲夏季风(ASM)变化有关的西南地区水文气候演化史,揭示了大尺度经向环流效应以及内部动力学过程调控下的夏季风降水机制,为深入研究中国季风区石笋δ18O气候指示意义以及降水空间分布特征提供了新视角。
MIS 9是研究气候周期配置的重要间冰期之一。在此期间,中国季风区石笋记录非常稀少且空间分布单一,部分记录分辨率较低,因此这些记录在厘定轨道–千年尺度气候事件方面存在不足。西南地区MIS 9期间的气候档案是否能够响应外界气候波动仍值得深入探究。此外,季风区中部石笋δ18O记录的变化幅度显著低于东部,进而与北半球太阳辐射变化曲线解耦。关于中国石笋δ18O气候指示意义一直存在争议,而石笋地质档案空间分布的局限性进一步限制了对中国季风区降水时空格局的深入解析。因此,探究不同区域石笋δ18O的变化模式,不仅有助于揭示现代季风降水的演化规律,还可为未来重建季风动力学过程提供关键依据。
本文将重庆水鸣洞的石笋多指标记录与半球间、高低纬高分辨率气候档案进行对比,并与模拟资料相结合,研究了MIS 9期间西南地区水文气候演化史及其动力学机制,发现轨道变化驱动的太阳辐射变化和低纬海气动力学过程控制着亚洲夏季风(ASM)的强弱变化。ASM在MIS 9/8气候转换期呈现独特的两阶段逐步减弱,而并非ASM强度直接降低到最低点,这与大西洋经向翻转环流(AMOC)逐渐减弱相关的两次冷却事件和高纬度地区两次冰筏碎屑事件有关,强调了ASM和北大西洋冷事件之间的气候遥相关性。CO2浓度和冰量变化在千年尺度的气候变化过程中发挥了不可忽视的作用。中国间冰阶事件(CIS)在西南地区表现并不明显,可能是与南半球海气过程以及低纬水汽再分配有关。季风区东部、中部、西南地区降水δ18O变化存在明显的空间差异性,这种区域异质性受不同水汽源和水汽传输过程中同位素分馏共同控制,与传统意义上认为中国季风区降水模式的同一性不同。
本研究揭示了中国西南地区MIS 9期间的水文气候变化模式及季风区降水分布格局,为深入理解季风降水动力学过程提供了重要依据。西南大学地理科学学院博士后贾伟为论文的第一作者,杨琰教授为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、岩溶环境重庆市重点实验室开放基金等的资助。
论文链接为:Jia, W., Yang, Y*., Cheng, H., Li, T.Y., Zhao, J.Y., He, S.N., Liu, G.X., Liu, X., Lei, L.D., Li, M.Y., Edwards, R.L., 2025. Hydroclimate variability in southwest China during Marine Isotope Stage 9: Insights from multi–proxy stalagmite records. Quaternary Science Reviews 355, 109268. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2025.109268.
图1. MIS 9时期水鸣洞石笋δ18O(D)与高纬度水文气候指标比对
(A)南极EDC冰芯δD记录;(B)西伯利亚东南部贝加尔湖复合BDP-96生物成因石英记录;(C)LR04海相堆栈底栖生物δ18O记录;(E)北大西洋冰筏碎屑记录
图2. MIS 9时期水鸣洞石笋δ18O记录(C)与北高纬格陵兰气温模拟记录(A)和低纬热带辐合带(ITCZ)记录(B)比较
图3. 中国季风区石笋δ18O差异性比对(A)及其空间动力学机制模型(B)图