根据分支甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）重建的晚全新世时期中国东部地区的气温变化

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Late Holocene temperature changes in eastern North China reconstructed from branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (brGDGTs)

东华北地区晚全新世温度重建基于Caofeidian湿地沉积物中brGDGTs分析，揭示年均温11°C与现代持平，存在六个冷事件（3.2ka、2.8ka、2.5ka、1.5ka、MCA及LIA），冷却幅度递减，其中3.2ka事件幅度最大，但存在内陆与沿海差异，可能与Kuroshio Current和黄海暖流减弱增强有关。

　　

宋鸿宇|王颖|王华颖|李灿格|李月聪|李冰|葛亚文|王荣荣|孙秀云|张冉|游汉飞|刘长红

河北师范大学地理科学学院，中国河北省石家庄市050024

摘要

温度是对人类社会影响最大的气候因素。研究晚全新世时期的温度变化对于理解气候变化机制和预测未来趋势至关重要。我们测量了来自中国北方东部曹妃甸湿地的一个沉积物岩芯（CFD-E）中的支链甘油二烷基甘油四乙醚（brGDGTs），并利用这些数据定量重建了晚全新世的温度变化。结果显示，中国北方东部的年平均温度（MAT）在约3440年前至今为11°C，与当前的区域平均温度11.2°C相当。总体而言，年平均温度呈现轻微上升趋势，波动幅度不超过1°C。我们识别出了六个寒冷事件，分别发生在大约3.2千年前、2.8千年前、2.5千年前、1.5千年前、中世纪气候异常期（MCA）以及可能的的小冰期（LIA），这些事件的降温幅度呈现出逐渐减小的趋势。其中3.2千年前事件的降温幅度最大；然而，在该内陆地区的其他地方，这一事件的降温幅度相对较低。我们认为这种差异是由于黑潮和黄海暖流的减弱共同作用的结果，这种作用使得沿海地区的降温效应比内陆地区更为明显。此外，研究区域可能经历的小冰期的降温幅度也相对较小。我们推测，温室气体的增强作用，加上黑潮和黄海暖流的加强，减弱了小冰期带来的降温效应。中世纪气候异常期的降温事件可能是由黄海暖流的减弱所驱动的，而黄海暖流的减弱又是由黑潮和东亚冬季季风的共同作用引起的。

引言

自晚全新世以来，北半球的陆地普遍经历了显著的降温趋势（Marcott等人，2013年；Dong等人，2022年）。在这种宏观气候背景下，还发生了多次百年尺度的极端气候事件（Bond等人，1997年；Bond等人，2001年；Wang等人，2005年；Rasmussen等人，2007年；Yang等人，2019年）。这些事件以温度和降水的突然波动为特征，对农业生产、经济结构和政治稳定产生了重大影响（Zhang等人，2008年；Kotlia等人，2018年；Wang等人，2018年；Li等人，2025年）。因此，它们受到了全球范围内的研究关注。

在晚全新世的众多极端气候事件中，2.8千年前事件、1.5千年前事件和小冰期（LIA）因其较大的降温幅度和广泛的影响而特别受到研究关注，它们是研究突发气候变化机制的重要案例（Briffa等人，1990年；Schleussner等人，2015年；Büntgen等人，2016年；Jin等人，2023年）。这些气候事件通常表现为北半球的降温。然而，关于东亚地区晚全新世极端气候事件相关的温度变化的研究仍然相对有限。大多数地区仍缺乏连续的高分辨率温度序列，而且同一极端气候事件在不同地区的温度变化幅度和驱动机制方面存在显著差异（Wen等人，2010年；Shi等人，2012年；Zhou等人，2019年；Liu等人，2020年；Fang和Chang，2025年）。更为关键的是，当前的研究发现，东亚地区的海洋沉积物岩芯（如湖泊沉积物、树轮、冰芯）与内陆档案（如湖泊沉积物、树轮、冰芯）之间的温度重建结果存在明显差异（Xu等人，2010年；Zhang等人，2021年；Zhu等人，2008年；Zhao等人，2021a，Zhao等人，2021b；Ning等人，2019年；Hong等人，2009年；Wu等人，2016年；Wang等人，2011年；Zhang等人，2019年）。作为连接陆地和海洋的关键枢纽，中国北方东部同时受到东亚季风环流和渤海海洋过程的双重影响。该地区的温度重建对于理解海洋和内陆温度记录之间的差异至关重要。然而，目前对该地区极端气候事件的研究主要集中在海平面变化、海岸环境演变和降水变化方面（Yang等人，2022年；Wang等人，2024年；Cao等人，2024年），而对温度变化本身的研究较为缺乏。此外，关于晚全新世温度变化的研究（Jiang等人，2006年；Xu等人，2010年；Yang等人，2019年）主要是定性的，并且主要集中在华北平原的西部和中部地区，定量研究非常有限（Emile-Geay等人，2017年）。此外，中国北方东部的温度重建数据更为稀缺（Neukom等人，2019年），该地区温度变化的特点及其驱动机制仍不清楚。

甘油二烷基甘油四乙醚（GDGTs）广泛分布于土壤和沉积物中，其稳定的岩芯结构能够抵抗降解，从而能够在地质档案中长期保存（Weijers等人，2007年；Schouten等人，2013年）。根据来源和结构的不同，GDGTs可以被分为几类，其中支链GDGTs（brGDGTs）是一种主要类型。对全球和区域尺度的众多表层土壤样本的分析表明，brGDGTs中的环戊烷和甲基团的数量与年平均温度（MAT）有显著相关性，这促进了用于温度重建的甲基化指数（MBT）的发展（Weijers等人，2007年）。De Jonge等人（2014年）成功分离了brGDGTs中的5-甲基异构体和6-甲基异构体，消除了与pH值相关的6-甲基异构体干扰，并提出了一个新的MBT’_5ME指数。该指数与温度的相关性更强，被广泛用于重建历史陆地温度变化（De Jonge等人，2014年；Feng等人，2019年；Hou等人，2023年；Li等人，2023年；Zhan等人，2025年；Miao等人，2025年）。

本研究对中国北方东部曹妃甸湿地的一个晚全新世沉积物岩芯（CFD-E）中的brGDGTs进行了分析。结合AMS ¹⁴C测年方法和全球brGDGT数据集，我们评估了多种温度校准方法，并选择了误差最小的方法进行晚全新世温度的定量重建。本研究的目标是揭示晚全新世以来中国北方东部温度变化的特点和趋势，识别发生的极端气候事件，并阐明其成因机制（图1，图2）。

研究区域

曹妃甸湿地（北纬39°09′–39°17′，东经118°15′–118°23′）位于中国北方东部的唐山市曹妃甸区。作为渤海西岸典型的沿海湿地生态系统，它覆盖面积约为110平方公里，核心区域包括曹妃湖、湖泊南部周边地区以及部分湿地。该湿地以密集的河湖网络和发达的水文系统为特征，已经发展成为一个典型的退化湿地系统

沉积物岩芯

2021年6月，我们的研究团队从曹妃甸湿地自然保护区附近的一个地点（北纬39°10′32.450″，东经118°18′20.908″）采集了一个沉积物岩芯，命名为CFD-E。岩芯总长度为767厘米，但顶部23.5厘米因人类活动受到干扰，因此采样从23.57厘米深度开始。CFD-E岩芯具有良好的沉积连续性，岩性以粉砂和粘土为主。可以定义以下地层单元：767–391厘米，交替出现的灰棕色层

brGDGTs的来源和模型选择

CFD-E岩芯样本中的四甲基化、五甲基化和六甲基化brGDGTs分别占总量的46.5%、41%和12.5%。这些比例与全球土壤brGDGTs数据集（46.5%、39.5%、14%）非常吻合，也与渤海湾近海沉积物中的比例相似（41.5%、40.1%、18.4%）；然而，它们与全球泥炭中的比例（64.2%、30.3%、5.5%）有显著差异（Raberg等人，2022年）。brGDGTs-Ia、brGDGTs-Ib、brGDGTs-IIa和brGDGTs-IIa’占主导地位

brGDGTs的来源

通过六甲基化brGDGTs的丰度比（ΣIII / ΣII）研究了CFD-E岩芯中brGDGTs的来源。Xiao等人（2016年）使用这一比率来评估brGDGTs的来源：比率<0.59表示土壤为主；比率>0.92表示水柱为主；比率在0.5–0.92之间表示来源混合。然而，Zhang等人（2020a）指出，这一比率可能受到甲烷通量的影响，因此其适用范围有限，主要适用于陆地输入高且甲烷通量低的环境

结论

• 1)
  基于CFD-E岩芯中晚全新世brGDGTs重建的中国北方东部年平均温度（约3440年前至今）为11°C，与现代值11.2°C接近。
• 2)
  晚全新世期间，中国北方东部经历了六次显著的寒冷事件：分别发生在3.2千年前、2.8千年前、2.5千年前、1.5千年前、中世纪气候异常期以及小冰期（LIA）。这些降温事件的幅度逐渐减小

CRediT作者贡献声明

宋鸿宇：撰写——初稿、可视化、验证、软件、方法论、数据管理。王颖：撰写——审稿与编辑、验证、调查、概念化。王华颖：撰写——审稿与编辑、软件、方法论、数据管理。李灿格：撰写——审稿与编辑、监督、方法论、概念化。李月聪：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、概念化。李冰：撰写——审稿与编辑

未引用的参考文献

Maarten和Andrés Christen，2011

Sinninghe Damsté，2016

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2023YFF0804600）和国家自然科学基金（U20A20116，42201164）的支持。我们感谢河北省曹妃甸湿地自然保护区的管理人员在野外工作期间提供的支持。同时，我们也感谢中国地质调查局天津中心的高级工程师徐秦绵和南京地质研究所的李春海教授在沉积物研究方面提供的帮助