石笋记录精细刻画小冰期时中国西南地区气候变化

2020年12月8日，云南省高原地理过程与环境变化重点实验室李廷勇教授团队以“Little Ice Age climate changes in Southwest China from a stalagmite δ18O record”为题，在线发表了关于小冰期时中国西南地区气候变化的研究论文。该文章发表在国际知名SCI期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》(2020年地球科学大类二区，TOP期刊)。
小冰期是近一千年以来全球气温明显下降的一个时期，全球各地气候环境发生了显著变化。该时期的气候环境变化与人类社会演变之间的相互联系，也受到广泛关注。小冰期气候变化研究一直是古气候研究的热点问题之一。关于小冰期时全球各地的气候变化特征、空间差异、起止时间、内部结构以及响应机制等，仍需进一步深入研究。
在该研究中，李廷勇教授团队利用一根采自贵州安顺石将军洞的高U含量文石石笋，通过高精度的U-Th放射性同位素测年方法，建立了精准的年代模型，年龄误差<4年。通过高分辨率的氧碳稳定同位素分析，获得了平均分辨率高达0.8年的小冰期时气候变化记录(图1)。这条全新的高精度高分辨率石笋记录，为精确刻画小冰期气候变化奠定了坚实的基础。


图1 贵州石将军洞SJJ-300石笋及年代模型

通过将石将军洞石笋记录与亚澳季风区其他高精度年代控制的高分辨率记录进行精细对比，研究小组发现小冰期在中国西南地区开始的时间为公元1300年。小冰期时经历了六次明显的弱夏季风事件，分别发生在公元1340-1380 年(元朝末年), 1445-1480年, 1520-1540年, 1600-1630年 (明朝末年), 1650-1670年和1695-1730年(图2)。


图2 中国石笋记录的小冰期时弱夏季风事件

此外，研究还发现在小冰期时，中国南北方气候变化表现出明显差异。西风控制区表现出“冷湿”的模态，而季风控制区表现出“冷干”的模态。特别是从公元1500年左右开始，这种气候模态的空间差异对比更加明显。中国“西湿——东干”的气候格局不仅在全新世千年尺度的气候变化上存在，在小冰期时的十年——百年时间尺度上也同样存在(图3)。


图3 小冰期时中国西风区和夏季风影响区气候模态对比

此外，小冰期时广大的亚澳季风区气候记录表现出大体一致的变化模式，并没有表现出千年尺度上的南北半球气候变化的“跷跷板”模式(图4)。小冰期时亚澳夏季风的一致性减弱可能与ITCZ的收缩密切相关。此外，PDO与ENSO模态的变化，通过改变海汽环流格局，也会影响亚澳夏季风的变化(图5)。


图4 小冰期时亚澳季风区相似的气候变化模式

图5 小冰期时海汽耦合影响亚澳夏季风变化概念图