中更新世转型期高亚洲冰期扩张机制：气候模拟揭示冰川演化的时空格局

为解决高亚洲(HMA)冰川扩张时间与驱动机制的争议，研究人员通过瞬态气候-冰川耦合模拟，重建了过去300万年的冰川演化史。研究发现：季风影响的南部HMA冰川扩张始于~0.9 Ma（百万年前），而西风带影响的西部HMA早在~1.5 Ma即出现增强，这与全球中更新世转型(MPT)的长期降温密切相关。该研究为理解高海拔冰川对气候变化的响应提供了首个时空连续框架，对预测未来冰川变化及其生态影响具有重要意义。

　　

高亚洲（High Mountain Asia, HMA）作为地球上海拔最高、冰川规模最大的非极地地区，其冰川变化直接影响亚洲四分之一人口的水资源供给，同时调控区域气候、塑造独特山地生态系统。然而，关于HMA冰川何时开始大规模扩张这一基本科学问题，学界长期存在争议。传统观点认为北半球高纬度冰川始于~2.7 Ma，但HMA地区因冰川地质记录破碎、测年技术局限，导致不同研究给出的冰川强化时间从~2.65 Ma（喀喇昆仑）到~0.75 Ma（喜马拉雅）差异悬殊。这种认知空白严重阻碍了对冰川-气候耦合机制的理解，也限制了预测未来变化的模型构建。

针对这一挑战，由中国科学院大气物理研究所牵头的研究团队在《Nature Communications》发表最新成果。研究团队创新性地采用瞬态气候-冰川耦合模拟技术，首次重建了HMA过去300万年的完整冰川演化史。通过整合平行冰盖模型（PISM）和社区地球系统模型（CESM1.2）的模拟结果，在5公里分辨率下量化了不同气候区冰川的时空演变特征。

关键技术方法包括：1）基于CESM1.2的3.75°×3.75°分辨率瞬态气候模拟，整合轨道参数、CO₂
浓度和冰盖边界条件；2）PISM冰盖模型在5 km网格上模拟冰川动力学，采用"SIA+SSA"混合方案计算冰流速；3）利用概率推理的斜坡拟合方法（RAMPFIT）客观判定冰川面积突变时间；4）对比验证采用26Al/10Be埋藏年龄、电子自旋共振测年等地质证据。

研究结果
历史性HMA冰川演化
模拟显示HMA冰川呈现明显的区域分异：季风主导的南部HMA（如喜马拉雅）冰川演化呈现三阶段模式。3.0-1.7 Ma期间冰川范围有限（阶段Ⅰ），1.7-0.9 Ma冰川面积增加60%、变异度提升156%并出现4万年周期（阶段Ⅱ），0.9 Ma后冰川面积再增50%、变异度翻倍，主导周期转为10万年（阶段Ⅲ）。关键转折发生在~0.9 Ma（MIS 22-24），此时冰川面积突增2.5倍，形成广泛山谷冰川。这一结果与藏南湖泊介形虫87Sr/86Sr比值突变、阿拉伯海陆源物质通量增加等地质证据高度吻合。

西风带控制的西部HMA（如天山、祁连山）则呈现两阶段强化：1.5 Ma首次扩张（面积+50%），1.0-0.9 Ma进一步加剧。早期强化与塔里木盆地粉尘Fe²⁺
浓度骤增、黄土高原粉尘贡献率变化等记录同步，反映冰川侵蚀增强。

末次冰期旋回的验证
模型成功捕捉到最近四次冰期-间冰期旋回的关键特征：南部HMA在MIS 10/8/6/3-2期出现渐进式扩张，其中MIS 6d（~170 ka）达到最大范围，与10Be暴露年龄（168±18 ka）和平衡线高度降幅（ΔELA）数据一致。值得注意的是，南部HMA冰川极盛期普遍早于北半球劳伦泰德冰盖（如MIS 6/10），这与夏季降温的相位差有关。西部HMA则在每个冷期都出现扩张，最大范围对应MIS 7d（~231 ka），但末次冰盛期（MIS 2）覆盖面积最大。

讨论与意义
该研究首次揭示HMA冰川强化具有"西早东晚"的时空异质性：西风带区域响应早（~1.5 Ma），与全球2.7 Ma降温起始相关；季风区滞后至~0.9 Ma，对应中更新世转型(MPT)末期。这种差异主要受控于夏季温度变化，而降水调制单个冰期事件强度。研究为以下现象提供机制解释：1）MPT期间亚洲粉尘组成突变源于冰川侵蚀增强；2）生物地理格局在~1 Ma发生重组，反映冰川屏障效应；3）巨型古湖泊形成与冰川融水脉冲关联。

尽管存在现代地形固定、CO₂
重建不确定性等局限，但该研究建立的连续冰川演化框架，为理解山地系统对轨道尺度气候变化的响应树立了新范式。未来研究可结合更高分辨率气候降尺度和古地形重建，进一步揭示冰川-地貌-生态系统的协同演化规律。