综述：北半球 4.2 千年事件：水文气候变化的空间异质性和驱动机制

《Earth-Science Reviews》：The 4.2 ka event in the Northern Hemisphere: Spatial heterogeneity and driving mechanisms of hydroclimatic change

本文聚焦北半球 4.2 千年事件（～4300–3900 yr BP），通过筛选 200 个高质量记录，分析其水文气候变化的空间模式及相对强度。研究发现该事件存在空间异质性，由北大西洋和太平洋强迫共同驱动，为理解其特征等提供新视角。

　　

引言

4.2 千年事件（～4300–3900 yr BP）已被国际地层委员会正式确认为全新世的一个亚纪边界，标志着全新世中期向晚期梅加拉亚阶段的过渡。这一事件被广泛报道，常被视为一次突然的气候变化，典型特征为 “高纬度地区变冷” 和 “低纬度地区干旱” 。它被认为是过去 5000 年中最重要的突然气候变化事件之一，众多研究表明它与全球各种文化 / 文明的转变相关，如古埃及文明的衰落、哈拉帕文明的城市化进程倒退以及中国新石器文化的消亡等。

然而，关于 4.2 千年事件仍有诸多未解之谜。其一，该事件的空间分布有待明确。传统观点认为它是全球性或近乎全球性的，但最新的全球元分析显示，在 4.2 千年事件期间并未发现显著的干湿变化，这表明它可能并非全球现象。

其二，4.2 千年事件的水文气候变化存在争议。以往研究多认为该事件以干旱为特征，尤其是在低纬度地区。例如，东亚季风（EAM）区董哥洞的石笋 δ¹⁸O 值在 4500 - 4000 yr BP 期间增加，暗示气候变干；美索不达米亚下风处的 M5 - 422 岩芯中，4025 - 3625 yr BP 期间白云石浓度大幅上升，表明气候极度干旱；南亚（SA）地区 Kotla Dahar 湖的 δ¹⁸O 值在 4100 yr BP 迅速增加，显示印度夏季风（ISM）减弱 。但也有记录表明这一时期湿度增加，如 EAM 区九龙洞和神农洞的 δ¹³C 记录在 4200 - 4000 yr BP 呈负值，表明 C₃植物占优势，与较湿润气候相关；加利福尼亚州 Kirman 湖的硅藻记录显示，4.2 千年事件期间湖面显著上升，盐度大幅下降；还有研究指出，中欧 / 北欧在该时期气候更湿润。

其三，4.2 千年事件期间水文气候变化的空间模式尚不清晰。一方面，相关研究主要集中在 EAM 区和地中海地区，对北半球其他地区的探索有限。另一方面，基于个别记录对该事件水文气候特征的争议，导致对其空间变化模式的理解不一致。以 EAM 区为例，就存在三种不同观点：一种认为 EAM 区北部在 4.2 千年事件期间主要变干，而中部和南部普遍变湿；另一种观点基于对 28 个古气候记录的分析，指出北部变干，南部水文气候变化存在空间异质性，西南部变干，东南部变湿；还有观点认为，4200 yr BP 左右 EAM 区普遍呈变干趋势，南北部差异不明显。

其四，4.2 千年事件的驱动机制存在争议，主要有北大西洋强迫和太平洋强迫两种观点。许多研究者依据就近原则解释 4.2 千年事件，即靠近北大西洋（太平洋）发生的事件与北大西洋（太平洋）的海洋 - 大气过程相关。例如，地中海盆地在 4.2 千年事件期间的干旱趋势与北大西洋涛动（NAO）正相位模式有关，该模式使西风急流和北大西洋冬季风暴路径北移，减少了地中海地区的水汽；而类似厄尔尼诺的模式导致东亚夏季风（EASM）减弱，使季风雨带南移，减少了 EAM 区北部的降水。

此前研究存在争议的原因主要包括：以往研究多聚焦于个别地点的重建，缺乏半球或全球尺度的分析；记录收集时缺乏统一标准，纳入了年代控制点不足和时间分辨率低的记录，影响结果准确性；在解释古气候记录中的水文气候变化时，常存在主观判断，缺乏定量、一致且客观的评估标准；对 4.2 千年事件驱动机制的研究多遵循就近原则，缺乏从驱动源角度对事件机制的剖析。

为全面理解 4.2 千年事件的特征和机制，本研究基于年代控制点、时间分辨率和代用指标，筛选了 200 个与该事件相关的北半球高质量记录。鉴于大多数 4.2 千年事件记录集中在北半球，本研究聚焦于此。随后，对这些记录应用带通滤波器和 Z 分数标准化处理，以识别在 4.2 千年事件期间出现水文气候异常变化的记录，并进一步探讨水文气候变化的潜在空间模式。最后，通过计算综合得分评估该事件在不同地区的相对强度，以推断其驱动源。与以往关注 4.2 千年事件是否存在的研究不同，本研究强调水文气候变化的空间异质性，并首次评估该事件在不同地区的相对强度，进而确定其驱动源。在此基础上，结合模型模拟结果（TraCE - 21 ka），阐明北半球 4.2 千年事件的驱动机制。

古气候数据和方法

本研究使用的记录来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、石笋同位素合成数据库（SISAL）、地球系统科学数据中心（PANGAEA WDC - Mare）等数据库以及同行评审文献。高质量记录的选择基于以下标准：记录必须至少包含一个绝对年代控制点。

4.2 千年事件的综合得分

按照振幅超过 0.5σ 且持续至少 100 年表示发生水文气候异常变化的标准，仔细筛选出 130 条符合标准的记录。这些记录分布如下：北美（NA）28 条、欧洲 - 环地中海地区（ECM）48 条、中亚（CA）9 条、南亚（SA）12 条、东亚季风区（EAM）33 条。整个北半球的平均发生率为 65.0%，各区域的发生率分别为：SA 70.6%、ECM 70.6%、CA 64.2%、NA 63.6%、EAM 57.9% 。

结论

本研究基于 200 个北半球高质量古气候记录，主要探讨了 4.2 千年事件在不同空间尺度上的水文气候变化空间模式，并首次从不同地区的相对强度角度分析了该事件，旨在解决当前在其空间范围（全球还是区域）、水文气候变化（变干还是变湿）以及驱动机制（北大西洋强迫还是太平洋强迫）方面存在的争议，为相关研究提供新的视角。