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许晨曦等-QSR:亚洲季风区树轮氧同位素的气候信号
2021-10-28 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  大气降水氧同位素受到亚洲夏季风的影响,因此亚洲季风区不同地质记录(石笋、湖泊、泥炭、冰芯、树轮等)中的氧同位素被用来指示亚洲夏季风的变化。我国季风区不同地点的石笋氧同位素在轨道和亚轨道尺度具有较好的一致性变化,很可能反映了大尺度环流的变化,但其气候意义尚存在争议。由于观测的降水氧同位素在时间和空间覆盖度上均不足,很难利用现代器测数据来探索亚洲季风区不同地点降水氧同位素共同信号与气候要素之间的关系。 

  季风区单点的树轮氧同位素受到大气降水氧同位素和相对湿度的控制,不同地点的大气降水氧同位素主要受到大尺度环流的影响,而相对湿度则主要反映了局地的气候信息。因此,提取不同地点树轮氧同位素变化的第一主成分(PC1,即不同记录中共性信息),可反映亚洲季风区不同地点大气降水氧同位素的共同信号。树木年轮具有年分辨率,可以与现代器测记录进行对比,验证指标的气候意义。 

  中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室季风系统演化课题组许晨曦研究员等收集整理了亚洲季风区24个点位的树木年轮氧同位素序列,提取其第一主成分(PC1),通过相关性分析发现: 

  1)在年际尺度上:亚洲季风区24个点位树轮氧同位素的PC1与亚洲季风指数(r=-0.58)、南亚季风降水量(r=-0.66)、Nino 3.4 SST(尼诺3.4区海表温度,用来表征ENSO变化)显著相关(r=0.72)(图1)。PC1与亚洲季风指数和南亚季风降水量的关系,揭示了季风环流强度和上游雨除效应对PC1的影响。具体表现为:当亚洲季风强时,上游的南亚地区降水量大,导致下游的降水氧同位素偏负。PC1Nino 3.4海温的关系表现为:东太平洋海温高时,沃克环流减弱,导致西太暖池地区对流减弱,季风降水的氧同位素值偏正(图2)。但由于南亚季风降水量和Nino 3.4 SST有密切的联系(-0.61),所以无法判断季风和ENSO哪个过程对PC1的影响更大。 

1 亚洲季风区24个点位树轮氧同位素的PC1与亚洲降水氧同位素指数(a)、亚洲季风指数(b)、南亚季风降水量(c)和Nino 3.4 SSTd)的对比

2 亚洲季风区24个点位树轮氧同位素的PC1OLRa)和SSTb)的空间相关

  2)在年代际尺度上:亚洲季风区24个点位树轮氧同位素的PC1PDO显著正相关(r=0.66),与AMO显著负相关(r=-0.42)。揭示出北半球高纬过程对PC1的影响。上述研究证明了不同地点树轮氧同位素变化的PC1反映亚洲季风区不同地点大气降水氧同位素的共同信号。该信号在年际尺度上受到南亚季风降水和Nino 3.4 SST的影响,在年代际尺度上受到PDOAMO的影响。 

  3)通过对比发现,尽管不同地点树轮氧同位素的PC1反映了大尺度的环流信息,但单一地点的树轮氧同位素主要受到局地干湿变化的控制,可用于局地干湿变化重建,而且集成区域多个树轮氧同位素年表不仅可以获得更稳定的气候信号,还可以获得更强的气候信号(图3)。 

3 不同区域多个树轮氧同位素年表与降水量的相关关系

  上述结果揭示了年际-年代际尺度上亚洲季风区不同地点大气降水氧同位素共同信号的气候意义。未来需要更多的单点树轮氧同位素记录,从而获得更强更稳定的区域干湿变化信息以及更大尺度的环流信息。    

  研究成果发表于国际学术期刊QSR。(许晨曦,赵卿宇,安文玲Simon Wang谭宁,佐野雅规,中塚武,Krishna Borhara郭正堂. Tree-ring oxygen isotope across monsoon Asia: Common signal and local influence[J]. Quaternary Science Reviews, 2021, 269:107156. DOI: 10.1016/j.quascirev.2021.107156 

 
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