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神农架5ka BP石笋记录的年际分辨率亚洲季风自然变率及极端事件诊断

张振球  
【摘要】:中全新世以来地球气候边界条件处于相对稳定时期。前人研究主要集中于北半球太阳辐射、热带辐合带漂移对亚洲季风气候总体演化的影响,并认识到太阳活动和北大西洋的共同作用驱动千年尺度季风干旱事件,但对于年-百年高频气候变率和动力机制的有待于深入研究。最近5000年的年一百年尺度的季风气候环境研究有助于理解全球海-陆-气相互作用过程、动力学机制,进一步认识人类古文明演化和当代全球变暖的自然气候变率背景。本文以湖北省神农架龙腑宫高铀、高生长速率的石笋材料(LFG1)为主要研究对象,采用Th-230定年技术和稳定同位素等地球化学气候代用指标,利用生长动力年龄模型,建立了 4670-325a BP平均分辨率0.4a的氧同位素信号变率序列。LFG1覆盖了中全新世大部分时段,氧同位素变化范围-9.7%‰~-7.5‰之间,波幅超过2‰,敏感于区域内其他石笋记录。分馏平衡验证、氧碳同位素对比及区域记录重现性检验证实LFG1 δ18O基本处于分馏平衡状态,可以用于高分辨率季风记录的重建,并能敏感响应于外界条件变化。利用岩性,同位素对比,波谱分析等评估筛选手段,减小非气候因素对用同位素信号的干扰,最终建立相对可靠的季节分辨亚洲季风自然变率记录。在轨道尺度上亚洲季风响应于太阳辐射的变化,全新世呈现出季风减弱的过程,然而LFG1记录的两千年来亚洲季风与太阳辐射同相位关系却存在解耦现象,亚洲季风逐步增强。其他间冰期北高纬太阳辐射极小值期,亚洲季风也展现出类似提前太阳辐射的增强过程。南半球低纬夏季太阳辐射增强,使得南大洋对亚洲大陆潜热输送的增多,加之CH4等温室气体的增多,推动了亚洲季风与北半球太阳辐射的解耦。同时青藏高原在2ka BP以来的快速增温过程,一定程度上增加了海陆热力梯度,促进了亚洲夏季风的增强。LFG1石笋记录的2ka季风增强过程可以分为黑暗冷期(1.9-0.9ka BP)与中世纪暖期(0.9-0.6ka BP)两个阶段。其中1.9-0.9ka BP弱季风过程略长于同时期的欧洲黑暗时代冷期,包括了罗马暖期的部分时段。这一发现在其他亚洲季风代用指标证实的同时,也显示了亚洲季风区内部冷暖期起止的不同,揭示了季风气候在区域环境中的差异性特征,体现季风降水变率峰值的区域性差异。LFG1记录的中世纪暖期,证实了相关的模拟和统计结果即其季风增强过程并不连续,存在明显的双峰特征(940-980a BP,770-690a BP)。2.8 ka BP气候异常发生于晚全新世太阳活动极小期内,被不同区域代用指标所记录,被认为具有全球性特征的气候异常事件。LFG1记录亚洲季风于2.93-2.63ka BP间的快速减弱过程,并发现在事件结构上具有缓慢减弱(230a),快速增强(60a)的过程。这一非对称结构在其他百年-千年尺度事件在也有发现,显示了在南半球低纬水热状况对亚洲季风变率的影响。同时,LFG1石笋还记录了 4.2ka,3.5ka附近百年尺度弱季风事件,揭示了太阳活动和北大西洋水文循环对于亚洲季风的作用。百年尺度上,亚洲季风与印澳季风具有明显的反相位关系,其可能响应于ITCZ的南北移动,揭示了太阳活动及其海气放大机制对于全球气候的影响。对于历史时期短尺度极端气候事件的研究受到代用指标精度和分辨率的限制而相对较少。利用多尺度滑动T检验提取LFG1序列中的极端气候信号,发现在不同边界条件下,极端事件频率和尺度发生改变。2.8ka BP事件打断了 20-30a尺度的气候变率。黑暗冷期因短尺度变化的累积而长于太阳活动减弱过程。LFG1石笋记录的短尺度气候事件与流域内水旱灾害在时频上具有一致性,为量化历史时期区域灾异状况提供支持,在一定程度上揭示了气候快速变化对于历史更迭的影响。频谱分析显示,夏季风短尺度变化可能是太阳活动、火山、厄尔尼诺、太平洋年代际震荡等地球内外因子共同作用的结果,单个气候因子对于夏季风短尺度气候变化的影响可能并不具有连续性。本研究提供了中全新世以来亚洲季风已知最高分辨率和定年精度的石笋同位素代用指标记录;探讨了近两千年来亚洲季风与太阳辐射解耦的过程和可能的机制;明确了 2.8ka BP弱季风事件的结构和驱动机制,证实了太阳活动和北大西洋水文循环对于百年尺度东亚-印澳季风的推动;量化了区域短尺度水旱灾害的频率和程度特征,为研究短尺度气候变率对历史更迭的影响提供了数据支撑。


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