在第二次冰盛期（DO21）中期，亚洲季风水文气候的不稳定性加剧

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Enhanced Asian monsoon hydroclimate instability during the mid-DO21

Dansgaard-Oeschger事件21中期亚洲夏季风（ASM）强度存在两阶段变化：82.8-80.4 ka（Phase I）ASM波动小且强度稳定；80.4-78.8 ka（Phase II）波动幅度增大1.4倍，但均值不变。研究发现Phase I西风带北移导致北极温度震荡增强，而Phase II西风带南移抑制邻近季风区水分输送，周期性海冰变化引发西风带经度震荡，主导了ASM快速百年尺度变化。揭示了海冰-大气相互作用与AMOC强度对低纬度气候调控机制。

　　

穆子祺|马天|卢浩|刘殿兵

气候系统预测与风险管理国家重点实验室；教育部虚拟地理环境重点实验室；江苏省地理信息资源开发与应用协同创新中心，南京210023，中国

摘要

Dansgaard-Oeschger（DO）事件的内部结构及其区域相关性为稳定条件下的气候异常提供了关键见解，但由于地质代用指标的不确定性，这些信息仍然缺乏明确的约束。本文利用来自中国中部江军洞的高分辨率石笋（约9年分辨率）δ¹⁸O记录，重建了海洋同位素阶段（MIS）5a/4期间（距今83–71千年）亚洲夏季风（ASM）的变化历史。研究结果显示，在DO21中期，ASM的变化呈现出两阶段特征：在82.8至80.4千年前（第一阶段），δ¹⁸O的变化较小，表明ASM强度相对稳定；而在80.4至78.8千年前（第二阶段），δ¹⁸O的十年至百年尺度波动增加了约1.4倍，表明ASM的变异性增强。然而，根据δ¹⁵N推算的格陵兰温度在第一阶段中期较高且波动较大，随后温度下降，变异性减弱，这表明在DO21中期高纬度和低纬度地区的气候模式相反。我们认为，海冰动态和大西洋经向翻转环流（AMOC）的强度调节了西风急流的迁移，进而影响了进入ASM地区的水分输送。在第一阶段，西风急流位置偏北，加剧了格陵兰地区的温度波动，导致ASM变异性较小；而在第二阶段，西风急流位置偏南，抑制了邻近地区的季风水分输送，并引发了急流的纬度振荡。这些振荡反复改变了主要的水分来源，从而产生了快速的十年至百年尺度的ASM波动。因此，我们的研究揭示了间冰期内的多阶段水文气候变异性，并为海-气-冰相互作用在调节低纬度气候中的作用提供了新的见解。

引言

在最后一次冰期期间，存在周期约为1.5千年的千年尺度气候振荡，这种现象最初在格陵兰冰芯的δ¹⁸O记录中被发现，被称为Dansgaard-Oeschger（DO）事件（Dansgaard等人，1993年），并在海洋和陆地档案中广泛存在（Wang等人，2001年；Voelker，2002年；Deplazes等人，2013年）。在东亚，胡卢洞的石笋δ¹⁸O记录显示，亚洲夏季风（ASM）强度的千年尺度变化与格陵兰温度在时间、频率和相对幅度上存在强烈的耦合（Wang等人，2001年）。然而，在亚千年尺度上，这种区域关联并不普遍。例如，在海因里希冰期4（HS4）期间，格陵兰温度保持相对稳定，而低纬度地区的水分输送和南半球气候发生了显著变化，这可能表明两者之间存在脱钩（Landais等人，2015年）。同样，Rhodes等人（2015年）观察到在海因里希冰期中期大气甲烷浓度迅速增加，而格陵兰温度的变化较为平缓。在最后一次冰消期，ASM强度在冰期/间冰期过渡期间经历了两个阶段的增强，而格陵兰温度则保持相对稳定（Zhang等人，2016年），这表明ASM的变化可能受到南半球或低纬度气候的影响（Chen等人，2016年；Rasmussen等人，2016年）。

DO21是上次冰期中最长的DO事件之一，为我们评估其内部结构提供了机会。Capron等人（2010年）发现，在DO21开始前和结束时出现了短暂的温度上升，这些现象被归类为前兆事件和恢复事件。在INTIMATE研究中，DO21被进一步划分为五个子周期，其中早期DO21阶段较长且稳定（Rasmussen等人，2014年）。具体来说，δ¹⁵N重建的格陵兰温度在DO21中期与冰芯δ¹⁸O记录不同步，表明格陵兰地区的水分预算与温度演变不同（Kindler等人，2014年）。在ASM地区，石笋δ¹⁸O记录将DO21划分为三个阶段（Zhang等人，2021年），这与上述划分不一致。因此，需要进一步研究DO21内部亚千年尺度气候变异的表达机制和驱动因素。特别是，基于各种代用指标对早期DO21的划分可以通过高分辨率和精确测年的记录进行完善。本研究利用来自中国中部江军洞的九年分辨率石笋δ¹⁸O记录进行研究，该记录由十三个高精度日期（不确定性小于±200年）约束，主要形成于DO21中期。其高时间分辨率和精确的年代学数据使我们能够评估DO21内部的区域结构以及高纬度和低纬度气候之间的联系。

洞穴地点、材料与方法

江军洞（北纬29°32′，东经110°21′，海拔520米）位于中国中部（图1A）。洞穴长约2公里，由三叠纪石灰岩构成。年平均温度和降水量分别为16.4℃和1420毫米，其中58%的降雨量发生在5月至8月亚洲夏季风较强的时期。7月至9月期间，降雨量的δ¹⁸O值明显降低（约-8.8‰），而4月的δ¹⁸O值较高（约-2.7‰）

年龄-深度关系

十三个测年结果显示，样本JJ8主要形成于82.6±0.2千年前至72.1±0.1千年前（表1），涵盖了海洋同位素阶段（MIS）5/4的过渡期。所有U/Th测年结果均按地层顺序排列。样本JJ8的年龄是通过相邻日期之间的线性插值确定的（图2B和C）。DO21结束时的δ¹⁸O变化时间和幅度与ASM地区的石笋记录相当（图3B至D）（Wang等人，2008年；Chen等人，2016年；

代用指标解释

有两种主要机制可以解释ASM地区石笋δ¹⁸O的变异性：（1）夏季降雨量占年总降雨量的比例变化；（2）水分来源和输送路径的变化（Wang等人，2001年；Yuan等人，2004年）。前者通常与亚热带急流的强度和季节性迁移有关（Orland等人，2014年；Chiang等人，2015年），而后者则主要受主要水分输送路径变化的影响

结论

利用来自中国中部江军洞的约9年分辨率δ¹⁸O记录，重建了DO21中期的ASM详细变化情况。在DO21期间，ASM强度表现出明显的百年尺度变化，可分为两个阶段：第一阶段（82.8–80.4千年前）的ASM变异性较小；第二阶段（80.4–78.8千年前）的波动幅度增加了1.4倍，但其平均值没有显著变化，表明季风强度显著增强

作者贡献声明

穆子祺：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据分析，概念构思。马天：撰写 – 审稿与编辑，软件应用，方法学研究，数据管理。卢浩：撰写 – 审稿与编辑，软件应用，方法学研究。刘殿兵：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资金获取，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42477476）的资助。