晚全新世时期中国北方干旱的严重程度与北极海冰的变化有关

《Global and Planetary Change》：The intensity of the late Holocene drought in northern China related to Arctic Sea ice

基于达里湖黑烯酮记录，重建晚 Holocene 春季 moisture 发现长期下降趋势，4.3–3.4 cal ka BP、1.5–0.8 cal ka BP 与东亚夏季风减弱及北极海冰扩张相关，当前温暖期水位达最低，提示未来干旱加剧风险。

　　

赵家驹|张倩文|沈忠伟|张志平|陈杰|陈琳|刘金照|曹云宁|胡静

中国科学院地球环境研究所黄土科学国家重点实验室，中国西安710061

摘要

了解过去干旱的演变机制可以为全球变暖背景下中国北部的干旱预测提供关键见解。在全新世晚期，中国北部频繁发生干旱；然而，其空间模式和强度却未受到足够重视。本文基于来自中国内蒙古岱海湖的烯酮代用指标，提供了高分辨率的湿度记录，显示全新世晚期春季水深长期下降。值得注意的是，在约4.3–3.4千年前、2.5–2.2千年前、1.5–0.8千年前以及当前温暖时期，水深显著减少。结合已发表的中国北部降水重建记录，我们发现约4.3–3.4千年前和1.5–0.8千年前发生了广泛且严重的干旱，这与北极海冰扩张和大西洋经向翻转环流减弱密切相关。此外，1.5–0.8千年前中国北部发生的干旱最为广泛和严重，可能与北大西洋海冰扩张有关。重要的是，由于夏季季风环流减弱，中国北部干旱的强度随纬度增加而增强。在当前温暖时期，岱海湖的春季水深达到了全新世晚期以来的最低水平，这可能是由于气候变暖导致的蒸发加剧。这些发现表明，在全球变暖的影响下，中国北部的春季干旱以及湖泊萎缩和盐碱化可能会加剧。

引言

干旱是最常见且复杂的自然灾害之一，对全球环境、农业、经济和人口产生了重大影响（Sheffield等人，2012年；Xu等人，2019年；Vadez等人，2024年；Liu等人，2025a年）。随着全球变暖的持续影响，预计干旱将变得更加频繁和严重（Dai，2013年；Gebrechorkos等人，2025年）。中国北部人口密度高，农业区域重要，目前正面临严重的水资源危机（Li等人，2021年）。自20世纪70年代末以来，该地区从湿润向干旱条件发生了显著转变（Wang，2001年）。此外，自20世纪90年代以来，连续的干旱天气和极端夏季干旱持续时间延长（Zhang等人，2019年），导致严重的生态压力，包括沙漠化（Li等人，2021年）、沙尘暴（Piao等人，2023年）和湖泊萎缩（Tao等人，2015年）。有很高的信心认为，在气候变暖的世界中，中国北部的干旱状况将继续恶化（Zhao和Dai，2015年；Jeong等人，2025年）。

全新世中国北部的降水主要受东亚夏季季风（EASM）强度控制（例如，Liu等人，2014年；Chen等人，2015年）。先前的研究表明，该地区数十年至千年的干旱主要与EASM减弱有关，表现为“南方洪水、北方干旱”的水文模式（Wang，2001年；Yu和Zhou，2007年；Liu等人，2015年；Rao等人，2016年；Zhang等人，2018年）。例如，在4.2千年前，EASM地区出现了“北方干旱、南方湿润”的南北极地模式，边界位于30°N（Nan等人，2025年）。这次严重的干旱事件可能导致了农业生产力的下降，进而可能引发了中国北部龙山文化的崩溃（He等人，2022年；Sun等人，2019年；Xiao等人，2019年）。此外，这些干旱事件与社会动荡和朝代更迭有关（Yang等人，2021年；Liu等人，2025a年）。全新世晚期季风活动减弱时期与一系列北大西洋冷却事件密切相关（Bond等人，1997年；Wang等人，2005年；Wang等人，2016年），这些事件导致中国北部出现寒冷和干旱的条件（Tan等人，2020年；Zhao等人，2024年）。尽管有这些认识，但全新世晚期中国北部干旱的空间模式和强度尚未得到充分研究。

长链烯酮（LCAs）已成功用于重建湖泊沉积物中的过去温度和盐度（例如，Hou等人，2016年；Longo等人，2020年；Huang等人，2021年；Zhao等人，2017年，Zhao等人，2023年，Zhao等人，2024年）。在半咸水/咸水湖泊中，产生LCAs的裸藻物种可分为一类与冰相关的繁殖者（第2i组；Wang等人，2021年）和两类温暖季节的繁殖者（第2w1组和第2w2组；Yao等人，2022年）。与冰相关的第2i组物种被认为是这些环境中最早的季节性繁殖者（Yao等人，2022年；Theroux等人，2020年）。例如，在George湖中，属于第2i组Isochrysidales的Hap A物种在早春冰融化后不久就在水柱中繁殖（Theroux等人，2020年）。因此，第2i组物种产生的LCAs可以用来重建春季的古气候条件（例如，Zhao等人，2024年）。对中国北部干旱事件的统计分析表明，在过去500年中，大约70%的极端干旱事件始于春季并持续到夏季（Chen和Yang，2013年）。中国北部的春季气候主要受西风和西伯利亚高压的影响（Zhang等人，2019年），使其对高纬度气候的变化特别敏感。

岱海湖（北纬40°29′-40°37′，东经112°33′-112°46′）位于中国北部EASM区域的西北边界附近（图1a）。DNA结果显示，岱海湖中心表层沉积物中第2i组物种的贡献占比高达约83%（Yao等人，2022年）。在这项研究中，我们检测了岱海湖表层沉积物中LCAs的丰度和分布，以确定它们与水深的关系。此外，我们分析了DH20B沉积物岩芯中的LCAs记录，以重建全新世晚期的春季湿度条件。通过将我们的发现与已发表的古气候记录进行比较，我们评估了研究区域全新世晚期干旱事件的空间模式和强度，并讨论了潜在的驱动因素，如北极海冰动态。

研究地点和样本

岱海湖是一个封闭的半咸水湖泊，平均深度约为4米（Ren等人，2022年）。过去几十年里，其表面积从20世纪60年代的约140平方公里逐渐减少到2018年的约60平方公里（Zhang等人，2021年）。该流域的气候属于温带大陆性半干旱季风气候，特点是冬季寒冷干燥、夏季炎热，以及温度和降水的显著季节性变化。

表层沉积物中LCAs和C₃₇ LCA不饱和指数的丰度和分布

在所有表层样本中，我们检测到了C_37?C₄₀ LCAs，缺乏C_37:3烯酮异构体和C₃₈甲基烯酮，这是第2组裸藻物种分布的特征（图S2；Longo等人，2016年；Yao等人，2022年）。C_37–38 LCAs的浓度范围为2078.0至21,509.2 ng/g干重（ng/gdw），平均值为8629.3 ± 4665.4 ng/gdw（表S1）。在浅水区域（水深< 3米），C_37–38 LCAs的浓度较低，平均

岱海湖中现代产生LCAs的裸藻物种和LCAs浓度

在表层沉积物中，%C_39:4Me和C₃₇/C₃₈比值较高且相对稳定，与水深无关（r = 0.109，n = 29，p = 0.574；r = 0.967，n = 29，p = 0.669；图2a；表S1）。这种稳定性表明第2i组物种占主导地位，且岱海湖中第2i组物种的贡献没有显著的空间变化。对A和B采样数据的分析显示，$U_{37}^{k\prime }$值保持相对较低

结论

我们的LCAs浓度记录显示，全新世晚期岱海湖的春季水深呈长期下降趋势，在约4.3–3.4千年前、2.5–2.2千年前和1.5–0.8千年前水深显著下降，这与EASM减弱相对应。高$U_{40}^{k\prime }$值表明在4.3–3.4千年前和2.5–2.2千年前湖泊盐度迅速增加。相比之下，相对较低的$U_{40}^{k\prime }$值反映了低盐度条件

CRediT作者贡献声明

赵家驹：撰写——初稿、验证、调查、资金获取、正式分析、概念化。张倩文：撰写——初稿、可视化、方法论、正式分析、数据管理。沈忠伟：资源获取、调查、数据管理。张志平：调查、正式分析。陈杰：调查。陈琳：调查。刘金照：撰写——初稿、监督、概念化。曹云宁：方法论、数据管理。胡静：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFF0804802）、国家自然科学基金（项目编号：41972188）和山东省基金（项目编号：LSKJ202203300）的支持。