撒哈拉中部提贝斯提高原中全新世极端降水事件的地形抬升机制与古水文重建

本研究通过沉积数据分析、高分辨率气候模拟和水文平衡模型，定量重建了撒哈拉最高山脉提贝斯提火山群中全新世古湖泊的水文平衡，揭示地中海气团通过地形抬升而非西非季风是主要降水来源，为理解撒哈拉湿润期（AHHP）区域水文差异提供了新机制，对改进古气候模型中的地形效应模拟具有重要启示。

　　

在广袤的撒哈拉沙漠中心，提贝斯提火山群如同孤岛般矗立，其海拔超过3400米的火山口内竟保存着深达330米的古湖泊遗迹。这一反常现象长期困扰着学界——为何在距今9000-5000年前的非洲湿润期（AHHP），这片远离海洋的极端干旱区能形成如此巨大的水体？传统观点认为西非季风扩张是主要驱动力，但全球气候模型（ESMs）始终无法解释提贝斯提与周边平原的降水差异。

来自德国柏林自由大学（Freie Universit?t Berlin）的Philipp Hoelzmann和马克斯·普朗克气象研究所（Max Planck Institute for Meteorology）的Martin Claussen领衔的国际团队，在《Nature Communications》发表的研究中给出了颠覆性答案。通过多学科交叉方法，他们发现提贝斯提的降水奇迹源自地中海气团在陡峭地形强迫下的剧烈抬升，这一机制在过去的气候模拟中被严重低估。

研究团队运用三大关键技术：①高精度沉积物分析（1-2 cm采样间隔的δ¹⁸O_carb、Mn/Fe比值等指标）；②5公里分辨率区域气候模型（ICON-NWP）模拟中全新世大气环流；③基于数字高程模型（DEM）的古水文平衡计算（含地下水渗流评估）。来自Trou au Natron和Era Kohor两处火山口的沉积序列成为重建古气候的关键载体。

【沉积记录揭示湖泊动态】

通过对比西北部Trou au Natron（海拔1560-1890米）和东南部Era Kohor（海拔2796米）的沉积剖面，研究发现两湖存在显著水文差异：前者在7.9-6.6 cal ky BP（校准千年前）达到最大体积7.1 km3，而同期后者体积仅0.45 km3。δ¹⁸O_carb值从-6‰到+5‰的波动记录了降水-蒸发平衡（P/E）的长期恶化过程，其中8.3-7.9 cal ky BP的碳酸盐富集层可能对应8.2 ka北半球降温事件。

【气候模拟破解降水之谜】

5公里分辨率模拟显示，中全新世提贝斯提的年降水量可达1960毫米（Trou au Natron）至530毫米（Era Kohor），比周边沙漠高出一个数量级。令人意外的是，水分主要来自东北方向的地中海气团，而非更强的西非季风。当气流遇到西北部东西走向的山体时（图3），产生强烈垂直运动（图5c-d），而东南部Era Kohor因处于山脉背风坡且受非洲东风急流（AEJ）抽干效应影响，降水显著减少。

【水文平衡验证湖泊成因】

地形分析表明（图1），Trou au Natron集水区能产生580 mm/yr的水量盈余（P-PE+R），而Era Kohor存在300 mm/yr的赤字，需依赖地下水补给维持湖泊。这解释了为何前者湖相沉积持续到5.4 cal ky BP，后者则更早出现蒸发岩沉积。

这项研究彻底改变了人们对撒哈拉湿润期水循环的认知：①首次量化证明地形抬升可使山地降水比平原高10倍；②揭示地中海作为中央 Sahara 的关键水分来源；③指出当前全球气候模型因平滑地形严重低估山地降水。这些发现不仅为解读古水文档案提供新框架，对预测未来气候变化下的极端降水事件也具有重要参考价值。论文最后强调，在CO₂浓度上升可能导致萨赫勒带北移的背景下，改进气候模型中的地形效应模拟将成为准确评估区域水文响应的关键。