自上一个冰河时期以来，中亚冬季和夏季降雨区的范围变化及其驱动机制

《CATENA》：Extent shifts of Central Asian winter- and summer-rain domains since the last glacial period and their driving mechanisms

　　

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  白云石记录揭示了中亚降雨转变区的降水量变化。
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  在32.4–19.2千年前，冬季降雨域有所扩展。
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  在51–43千年前和14–10千年前，夏季降雨域有所扩展。
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  在43–32.4千年前、19.2–14千年前以及10千年以来，现代类似的降雨边界一直存在。

引言

中亚（CA）位于欧亚大陆的干旱核心区域，对降水变化具有显著的敏感性和脆弱性（Gummadi等人，2025年；Liu等人，2023年）。作为北半球中纬度水文气候系统的关键组成部分，该地区的降水量变化为理解大气环流演变及其相关的地表水文重组提供了重要证据（Chen等人，2019年）。因此，准确重建过去的降水量不仅对于诊断影响水文气候变化的动力机制至关重要，而且对于预测内陆干旱环境中的未来水文响应和水资源趋势也具有重要意义（Feng等人，2022年；Li等人，2024b年）。

在从干旱到半干旱环境的黄土沉积物中，人们利用碳酸盐矿物学特性来推断过去的湿度条件（Meng等人，2018年）。与容易受到成土过程和温度相关因素强烈影响的方解石不同，黄土中的白云石主要是物质的碎屑来源（Arvidson和Mackenzie，1999年；Li等人，2024b年）。因此，白云石含量的变化主要反映了来源输入与随后化学风化之间的平衡，而不是像磁化率这样的替代指标那样受到温度的间接影响（Kong等人，2020年；Meng等人，2015年；Yang和Jia，2021年）。在来源相对稳定的情况下，白云石含量可以作为降水驱动的化学变化强度和水分可用性变化的敏感指标（Meng等人，2015年；Zhang等人，2023b年）。

尽管其重要性显而易见，但中亚地区定量古降水量重建仍然有限且存在空间偏差。现有的基于白云石的中亚重建主要局限于伊利盆地。Li等人（2024b）利用NLK剖面推断了过去冰期以来的降水量变化，表明轨道尺度上的降水变化与由岁差调节的西风强度有关，而千年尺度上的波动则与北大西洋涛动（NAO）相关的远距离联系有关。相比之下，Zhang等人（2023a）和Zhang等人（2023b）分别基于约20千年的重建和全新世时期的数据，强调了不同的主导控制因素：他们认为最后一次冰盛期（LGM）的降水量主要受高纬度冰量的影响，而全新世时期的降水量变化则归因于中纬度西风的变化及其强度。值得注意的是，在LGM期间，这些研究对伊利盆地降水的主要驱动因素得出了不同的解释，这突显了在机制归因方面的不确定性。

中亚水文的强烈空间异质性是一个进一步的挑战，这种异质性由西风的纬向移动和复杂的地形共同造成，这些因素共同划分了冬季降雨域和夏季降雨域（Cai等人，2017年；Song等人，2021年）。在最后一次冰期期间，夏季降雨域的降水量变化通常被解释为对岁差调节的西风的响应（Li等人，2024b）。相比之下，冬季降雨域则与受冬季太阳辐射梯度调节的西风有关（Aichner等人，2019年）。由于直接的中全新世古降水量记录稀缺，对过去水文的解释往往依赖于来自冬季和夏季降雨域的全新世湿度重建。在夏季降雨域，湿度变化被认为与由太阳辐射梯度驱动的西风强度以及北极涛动（AO）和NAO有关（Chen等人，2016年），或者与主要由夏季或冬季太阳辐射调节的降水量或蒸发变化有关（Kang等人，2020年；Li等人，2024a；Sun等人，2020年）。在冬季降雨域，湿度变化则被归因于NAO和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）调节的西风（Zhang等人，2025b），以及太阳辐射梯度和高纬度融水通量的变化（Zhang等人，2020年）。这些不一致表明，无论是域内还是域间的水文控制因素仍存在争议。此外，大多数现有研究都集中在夏季降雨域，而冬季降雨域的研究相对较少。关键的是，自最后一次冰期以来，这两个降水量域之间的过渡区尚未受到系统性的研究。

在这里，我们通过关注位于中亚冬季和夏季降雨域过渡区的黄土剖面（图1）来填补这一空白（过渡区定义为冬季和夏季降水量差异接近零的区域）。我们使用放射性碳（¹⁴C）和光释光（OSL）测年方法建立了可靠的年代框架。然后利用白云石含量来重建自上次冰期以来过渡区的古降水量变化。通过将降水量重建与区域水文气候背景相结合，我们进一步探讨了冬季和夏季降雨域边界的时间演变，并评估了其背后的驱动机制，从而为中亚降水量季节性的动态提供了新的见解。

节段片段

研究区域和地点

中亚位于受中纬度西风主导的气候过渡区内，并偶尔受到高纬度冷空气侵入的影响，使其气候对大尺度环流的异常变化非常敏感（Jiang等人，2020a）（图1）。水分输送和降水量主要受中纬度西风及其相关的急流控制，同时还有高纬度水分源的补充作用（Gu等人，2025年；Jiang等人，2020b）。在冬季，

采样

从RE剖面中分别在0.1、0.5、1.0、1.5、2.5和3.8米的深度采集了有机沉积物样本。此外，还以5厘米的间隔采集了粉末状总体样本用于分析环境代用指标。在RM剖面中，分别在0.6、1.5、3.5和6.5米的深度采集了OSL样本，并同样以5厘米的间隔采集了粉末状总体样本用于代用指标分析。由于运输过程中样本的损失，RM剖面中最底层的一部分材料

年代学

RE剖面获得了六个¹⁴C年龄数据，RM剖面获得了四个OSL年龄数据。在两个剖面中，年龄随深度系统增加，没有明显的反转，表明整体年代序列连贯且沉积相对连续。RE剖面在0.1、0.5、1.0、1.5、2.5和3.8米深度的放射性碳年龄分别为670、1790、2970、4790、10,290和17,910年前（表1）。RM剖面在0.6、1.5、3.5和6.5米深度的OSL年龄数据

基于白云石的降水量重建

白云石含量通常被用作过去降水量或湿度的代用指标（Meng等人，2015年）。基本原理是，在来源相对稳定的情况下，增加的降水量会增加渗透作用，而渗透水形成的弱酸和土壤中的CO₂会促进白云石的溶解（Zhang等人，2023a；Zhang等人，2023b）。这改变了白云石的保存状态和相对丰度，使其对水文变化敏感。然而，黄土中的白云石

结论

利用基于白云石的代用指标，我们重建了位于中亚冬季和夏季降雨域过渡区的RE和RM剖面的古降水量。结合古气候模拟，这一重建使我们能够研究自51千年以来中亚冬季和夏季降雨域范围的变化。在32.4–19.2千年前，冬季降雨域的扩展是由极锋变化和冬季西风的变化共同驱动的。

CRediT作者贡献声明

Haoru Wei: 撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法论，正式分析，数据管理，概念化。Yougui Song: 撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，验证，监督，资源管理，项目统筹，资金获取，正式分析。Shugang Kang: 撰写——审稿与编辑，验证，监督，资源管理，方法论，资金获取，正式分析。Xiuling Chen: 验证，资源管理，方法论，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号42372220）、中国-伊朗丝绸之路科学基金项目（SRSF，CAS国际合作项目编号175GJHZ2025056MI）、伊朗国家科学基金（INSF编号4049173）以及中国科学院青年创新促进会（Y2022102）的资助。

Haoru Wei|Yougui Song|Shugang Kang|Xiuling Chen|Yue Li|Mengxiu Zeng|Li Han|Tao Chen|Hamid Gholami|Saparov Galymzhan