树轮δ18O揭示中国中央水塔夏季水文气候变化的两个世纪历史

《Journal of Hydro-environment Research》：Tree-ring δ18O, a window into the summer hydroclimatic variations in the Central Water Tower of China

本文基于树轮纤维素δ18O（δ18OTC）重建了中国中央水塔（CCWT）南侧1830–2017年夏季相对湿度（RHJJA），首次通过代用资料证实“丁戊奇旱”与“1940–1943年大旱”对该区域的影响，揭示了亚洲夏季风（ASM）与厄尔尼诺-南方振荡（ENSO）对水文气候的协同驱动机制，为季风区水资源管理提供关键科学依据。

　　

Highlight

本研究首次利用树轮δ¹⁸O_TC序列重建了中国中央水塔（CCWT）南侧长达两个世纪的夏季相对湿度（RH_JJA），重建结果可解释43.60%的仪器观测RH_JJA变异。研究首次通过代用资料证实，“丁戊奇旱”和“1940–1943年大旱”这两场著名特大干旱事件同样显著影响了研究区。重建识别出的三个干旱期（1850–1859、1920–1943、1966–1982 CE）与三个湿润期（1861–1875、1885–1898、2009–2013 CE）与整个CCWT的水文气候波动基本一致，表明存在年代际同步性。然而，在1943–1953 CE期间，CCWT北侧与南侧的年度RH_JJA存在差异。CCWT呈现的“干-暖/湿-冷”模式暗示未来变暖可能加剧干旱状况。研究证明，CCWT的水文气候变化主要受亚洲夏季风（ASM）驱动，其中印度夏季风（ISM）输送的水汽起主导作用，这些变化进一步受到厄尔尼诺-南方振荡（ENSO）的调制。

树轮δ¹⁸O记录

最早的单个δ¹⁸O_TC序列可追溯至1822 CE，而最短的序列始于1842 CE。其中两条δ¹⁸O_TC序列始于1828 CE，四条始于1830 CE（图2a）。与在季风亚洲多个区域进行的众多研究一致，本研究的δ¹⁸O_TC序列未表现出与树龄相关的“幼龄效应”，这主要是由于δ¹⁸O_TC值在最初几年并未出现下降趋势。

δ¹⁸O_TC如何记录夏季水文气候信号？

本研究中复合的δ¹⁸O_TC值变化范围在25.66‰至27.60‰之间，平均值为26.67‰（补充材料表S1）。此范围低于半干旱和干旱区域，但高于南方湿润地区，反映了不同区域源水δ¹⁸O分馏和叶片蒸腾强度的差异。进一步评估序列一致性的运行Rbar和EPS值表明，该δ¹⁸O_TC年表具有可靠的信号强度，适合用于气候重建。

结论

本研究整合高分辨率树轮δ¹⁸O数据与现代观测资料，重建了CCWT南侧夏季相对湿度的历史序列，为分析1830至2017 CE期间CCWT水文气候变化的时空特征提供了详细记录。重建结果捕捉到了显著的旱涝年份和时期，包括两次著名的干旱事件，这对于理解该区域的气候动力学至关重要。重建的RH_JJA序列揭示了CCWT水文气候的时空变化模式及其与大型环流系统的联系。