海洋所在晚第四纪东亚季风演化的空间差异性方面获重要进展

  近日,上海棋牌室转让:中国科学院海洋研究所万世明研究组在晚第四纪东亚季风演化方面取得重要进展。研究人员通过对东亚边缘海沉积记录进行综合对比分析,并结合气候模拟手段,发现了东亚大陆夏季风降水强度以及冬季风强度演化的时空差异性。相关成果发表在JCR一区top 5%期刊Quaternary Science ReviewsGeophysical Research Letters上。 

  长久以来,古气候研究领域普遍认为整个东亚季风区内的古季风强度变化是协调一致的,其演化的控制机制也是单一的,如采用热带辐合带(ITCZ)的迁移统一解释东亚大陆的降水演化,用北半球高纬度冰量变化解释东亚冬季风强度演化。这不仅忽视了季风系统的内部变率,导致诸多指标重建的季风演化空间差异现象无法得到合理解释,同时也给未来季风气候长期演变的预测工作造成了困难。 

  万世明研究组赵德博等与瑞典隆德大学(Lund University)、德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心(GEOMAR)和阿尔弗雷德·魏格纳研究所-亥姆霍兹极地与海洋研究中心(AWI)进行合作,利用综合大洋钻探计划(IODP) 346航次在冲绳海槽的钻孔沉积记录(粒度、粘土矿物和元素组成)并结合模型模拟,重建了40万年以来的东亚大陆夏季风降水强度以及冬季风强度演化历史。 

(左)现今东亚大陆及边缘海降水、西风带以及ITCZ位置的季节变化;(右)研究站位U1429及对比站位位置(图中颜色指示夏季降水强度)

  研究发现,东亚大陆夏季风降水强度演化在岁差尺度上具有明显的空间差异性。具体表现为北部与南部演化相位一致,但与中部有较大的相位差,即季风降水强度演化在空间上不同步。综合对比表明东亚大陆北部和中部的降水强度演化主要受到西风带的南北移动控制(西风带北移,北部降水增强但中部减弱),而南部降水则更多受ITCZ迁移的影响(ITCZ北移南部降水强度增强)。研究提出,作为哈德雷环流(Hadley Circulation)上升支和下沉支的重要组成部分,西风带和ITCZ在北半球经向温度梯度变化的控制下发生同步南北迁移,因此驱动了东亚大陆降水在岁差尺度上的空间差异演化。在全球快速变暖背景下,海陆分布所导致的北半球异常变暖使得赤道-高纬度经向温度梯度降低,西风带和ITCZ同步北移,因此形成了近几十年东亚大陆降水分布南、北增多而中部减少的现象。该理论对于预测东亚水文气候长期演化具有重要借鉴意义(Zhao et al., 2020, Quaternary Science Reviews)。 

晚第四纪东亚降水演化时空对比;右上)东亚不同区域降水强度相位演化;右下模型模拟结果(降水、温度以及风场强度)

  对于冬季风演化,研究显示过去30万年以来冬季风强度在东海和南海呈现反向演化的长期趋势,而全新世以来的指标重建与模拟结果也都显示出了同样的现象。考虑到单一的北半球高纬冰量变化无法驱动东亚冬季风的这种空间差异演化,并结合现代过程中厄尔尼诺-南方涛动(ENSO对东亚冬季风的影响,研究人员提出了类ENSO过程的控制作用。在长时间尺度上,当热带太平洋趋于类厄尔尼诺过程时,冬季风在东亚东部边缘海区域增强,而在南海减弱;而当趋于类拉尼娜过程时则相反。该研究揭示了热带低纬过程对于第四纪东亚冬季风空间差异演化的驱动作用。在全球变暖所造成的极端厄尔尼诺和拉尼娜发生频率升高的背景下,东亚冬季风空间差异演化可能将导致东亚南、北部更多的极端冷冬或暖冬的出现。因此,本研究不仅加深了我们对于气候变化低纬驱动理论的认识,同时对于东亚区域将来的长期气候预测也有重要的指示意义(Zhao et al., 2019, Geophysical Research Letters)。 

(左)晚第四纪东亚冬季风长期演化的空间差异性;(右)冬季风空间差异演化的热带驱动示意图

  上述研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国博士后科学基金等的支持。相关成果及链接如下: 

  1. Zhao, D.*, Wan, S., Lu, Z., Zhai, L., Feng, X., Shi, X. and Li, A. Response of heterogeneous rainfall variability in East Asia to Hadley circulation reorganization during the late Quaternary. Quaternary Science Reviews, 2020, 247, 106562. http://www.02k.90sbvip.com/10.1016/j.quascirev.2020.106562 

  2. Zhao, D., Wan, S.*, Song, Z., Gong, X., Zhai, L., Shi, X. and Li, A. Asynchronous variation in the Quaternary East Asian winter monsoon associated with the tropical Pacific ENSO-like system. Geophysical Research Letters, 2019, 46, 6955-6963. http://www.0g8.138138138SB.COM/doi/full/10.1029/2019GL083033 


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