小冰期期间北大西洋涛动与南亚夏季风遥相关的增强：来自石笋记录的新启示

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Intensified NAO-South Asian Monsoon teleconnection during the Little Ice Age: Insights from speleothem records

本文针对北大西洋涛动（NAO）与南亚夏季风（SASM）的遥相关关系在千年尺度上的非平稳性问题，通过分析中国四川盆地汉王洞的高分辨率（1.2年）石笋δ18O记录，并结合广泛的SASM区域石笋记录，发现小冰期（LIA, 1580–1880 CE）期间NAO与SASM之间的正相关一致性显著增强。与中世纪暖期（MWA）的太阳辐射驱动机制不同，这种正NAO-SASM耦合似乎持续到当代人为全球变暖时期，表明NAO-SASM一致性对变暖气候的响应具有独特性。该研究为理解NAO与季风系统之间复杂的耦合动力学提供了新见解，并强调了在未来气候情景下SASM内部变率的重要作用。

　　

气候系统如同一个精密的网络，牵一发而动全身。位于北大西洋的北大西洋涛动（NAO），作为北半球大气环流的一个主要模态，其脉动通过大气遥相关波列，能够深远地影响下游的亚洲夏季风系统，特别是南亚夏季风（SASM）。然而，这种遥相关关系并非一成不变，它在年代际到百年尺度上表现出显著的非平稳性，这为理解过去气候变化和预测未来气候带来了巨大的不确定性和挑战。尤其是在当前全球变暖的背景下，厘清NAO与SASM在不同气候背景下的耦合关系，对于评估未来南亚季风区的水资源安全和极端气候事件风险至关重要。

为了揭示NAO与SASM关系在千年尺度上的演变规律，由赵静瑶等人组成的研究团队在《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上发表了一项研究。他们将从中国西南部四川盆地北缘汉王洞获取的一根名为HW1602的石笋作为研究对象。这根石笋连续生长于过去千年，分辨率高达1.2年，完整地记录了中世纪暖期和小冰期的气候信息。研究人员通过高精度的²³⁰Th定年技术建立了可靠的年代模型，并分析了石笋的氧稳定同位素（δ¹⁸O）和碳稳定同位素（δ¹³C）组成。他们将汉王洞的记录与SASM域内其他多个洞穴（如印度Mawmluh洞、老挝Tham Doun Mai洞、中国神农架Shenqi洞等）的高分辨率石笋δ¹⁸O记录进行对比和综合分析，并利用相关分析和交叉小波分析等方法，深入探究了NAO指数与SASM强度（以石笋δ¹⁸O为指标）在不同时期的耦合关系。

汉王洞石笋记录的气候指示意义

研究表明，汉王洞石笋的δ¹⁸O值主要继承了大气降水的氧同位素信号，能够有效指示区域季风降水的强度。δ¹⁸O值偏负通常指示季风增强或降水增加。δ¹³C值与δ¹⁸O值以及石笋生长速率的相关性分析进一步支持了这一解释，表明干旱期植被覆盖减少、土壤生物成因CO₂减少以及洞穴内脱气增强会导致δ¹³C值偏正。汉王洞记录与SASM域内其他石笋记录的高度一致性，证实了其区域气候指示的可靠性，主要反映了上游水汽输送路径和区域的降水过程。

小冰期期间南亚夏季风的变化

汉王洞石笋δ¹⁸O记录显示，在小冰期（约1580-1880 CE），δ¹⁸O值总体偏负，平均约为-9.3‰，表明该时期四川盆地地区季风活动显著增强，降水增多。这一特征与SASM域内其他石笋记录（如Shenqi洞、Mawmluh洞、Tham Doun Mai洞等）所揭示的模式一致，共同描绘了小冰期期间SASM增强的图景。值得注意的是，记录显示在18世纪后半叶，SASM出现了一次持续数十年的显著减弱，这次季风减弱与我国北方的一次大范围干旱以及乾隆年间的人口西迁事件在时间上吻合，暗示了气候变率对社会可能产生的影响。

小冰期期间NAO与SASM耦合的增强

对整个过去千年的分析表明，汉王洞石笋δ¹⁸O与NAO指数的相关性较弱。然而，当聚焦于小冰期时段时，两者呈现出显著的负相关关系（r = -0.3, p < 0.001），这意味着NAO正位相（指数为正）对应SASM增强（δ¹⁸O偏负），负位相对应SASM减弱。交叉小波分析进一步揭示，在中世纪暖期，NAO与SASM在年代际尺度上没有显著的耦合关系；而在小冰期，两者在年际-年代际尺度上表现出显著的正耦合（即NAO与δ¹⁸O负相关）。位于SASM核心区的印度Mawmluh洞石笋记录甚至显示出从中世纪暖期的负耦合关系向小冰期正耦合关系的世纪尺度转变。这些证据共同表明，小冰期期间NAO与SASM的遥相关联系显著增强了。

NAO遥相关不稳定性背后的潜在驱动因素

NAO与SASM关系的不稳定性可能源于不同气候强迫因子（如太阳辐射和温室气体）对气候系统产生的不同影响。小冰期期间，太阳辐射和火山活动等外强迫的减弱可能导致北半球冷却，驱动西风带南移，并削弱欧亚大陆夏季温度梯度，这使得SASM更长时间滞留在热带和副热带地区，从而增强了降水，并可能强化了SASM与NAO的相互作用。而18世纪后半叶SASM的突然减弱，更可能与NAO自身的内部变率（表现为负位相）有关，而非外强迫驱动。这与中世纪暖期（主要受太阳辐射影响）和当前人为变暖期（主要受温室气体驱动）背景下观察到的不同SASM-NAO关系形成对比，揭示了气候系统对不同类型的变暖具有不同的响应方式。

综上所述，这项研究通过高精度的石笋记录揭示了过去千年，特别是小冰期期间，北大西洋涛动与南亚夏季风之间遥相关关系的动态变化。研究发现，在小冰期这一相对寒冷的背景下，NAO与SASM的正耦合关系显著增强，并且这种增强的耦合模式似乎延续到了当前人为全球变暖时期，这与中世纪暖期太阳辐射驱动下的情况明显不同。这一发现强调了NAO-SASM遥相关对背景气候状态的敏感性，以及内部气候变率在调节季风系统中的重要作用。该研究不仅深化了对过去气候变化动力学的理解，也为评估未来全球变暖背景下南亚季风区的气候和水文变化提供了重要的古气候参考。在当前气候模型预测面临挑战的背景下，这些来自地质历史的实证显得尤为珍贵。