不同气候背景下石笋记录的典型弱季风事件内部结构、转型特征对比研究

Currently, investigations on the detailed internal structure of abrupt climate changes were spatially confined to the northern high-latitude ice cores, or only focused on a single climate event. This might hinder our understanding of their specific characteristics and mechanisms under variable climate backgrounds. Changes of thermal fields and hydrological circulations of Asian monsoon (AM) climate in different time windows are a valuable target to unravel different aspects of AM variations and their link to climate backgrounds. Here, the MIS11, MIS5, the last glacial and the Holocene are chosen to detect the detailed variability of prominent cooling, aridity climate events within these time periods. Based on spatially- separated stalagmites, we aim to reconstruct high-resolution changes of calcite δ18O, δ13C, Δ47, the layer width, grey scale and lithological features. By consecutive cave monitoring, it is possible to quantitatively evaluate the factors controlling these proxies within or outside the caves. Thus, the signals of hydrological conditions, regional temperature and karstic environments can be extracted, aiding our understanding of internal structure and transitional pattern of abrupt Asian monsoon climate changes. By comparison with other geologic records, this program will help an anatomy of phase relationship between high- and low-latitude climate changes, i.e. continental ice-sheet and tropical oceanic processes, and promote acknowledgement of physical dynamics underlying abrupt AM changes. Moreover, this study can provide a theoretical and geologic basis for modeling work and predicting future changes of AM under similar climate conditions.

目前，气候突变事件细节研究或局限于高纬冰芯，或局限单个事件，不利于不同气候模态下共同特征挖掘及规律总结。因此，不同气候背景下季风气候水、热突变模式研究，是认识低纬水文循环与温度场响应方式及气候背景与气候突变关系的有效途径。项目拟以MIS11、MIS5、末次冰期及全新世为背景，以典型冷、干突变事件为目标，依托不同区域十数支石笋，建立高分辨率石笋δ18O、δ13C、Δ47、年层厚度、灰度、岩相变化等时间序列。通过多个水文年连续野外监测，确立各指标的气候、环境意义。藉此诊断亚洲季风区水文、区域温度、岩溶环境等不同参数在气候突变事件期间转型特征、内部细节及区域关系。通过数据集成、区域对比，进一步考察高、低纬气候突变爆发方式异同，由内部细节对比诊断其相位关系，从而建立季风突变动力学机制，为相似背景下季风突变预警和相关模拟工作提供重要的数据支撑和理论基础。

不同气候背景下，季风突变事件对比研究，有利于认识地球平均气候态与气候突变事件联系，也可进一步诊断季风水文时空演化特征。早期观点认为，北高纬大陆冰架/冰山周期性崩解，融冰水注入北大西洋，导致温盐环流停滞/停止，从而诱发全球环境突变。然而，冰盖消融、崩解与气候突变之间“先后关系”或机理联系仍存在争议。. 项目选择了中国东部十数支洞穴石笋材料，通过氧、碳同位素分析，诊断不同季风突变事件细节过程、转型结构，主要发现有：1. 在H事件内部，与格陵兰持续低温不同，亚洲季风呈多阶段抬升，指示百年尺度季风水文变化或独立于高北纬之外；2. 在不同气候态下，季风水文变化与南北半球过程联系方式不同：在北半球暖期，亚洲季风水文变化与北高纬气温紧密耦合；在冷期，则南半球过程对季风强度变化具有主导作用；3.在早全新世，随着冰盖抑制作用减弱，热带水文活动加强，季风水文~60年周期越发清晰，说明现代气候50-70年主导频谱或是气候内部固有振荡；4.内部细节解剖显示，季风突变事件内部结构和转型过程具有鲜明低纬特色，与大多数低纬记录保持一致，由此说明，低纬过程确实是全球气候突变事件不可或缺的“塑造者”。. 通过项目运行，获取了一批高分辨率石笋同位素和微量元素数据，覆盖末次间冰期以来主要特征时段和关键事件。对认识不同背景下，季风水文气候突变规律具有重要参考价值，已报道的主要成果和关键结论获得了国内、国际同行普遍认可。项目研究显示，季风水汽传输(以石笋δ18O示踪)具有显著的区域特点，尽管其突变的时频特征具有全球一致性，但具有独特的演化路径。这种“区域表现”在中、低纬，甚至南半球气候信号中广为存在。就机理而言，风场快速重组对海-陆、高低纬、两半球之间的温度梯度响应极为敏感。因此，在行星和区域尺度上，西风激流、ITCZ、低纬SST、高纬气候等均可能是重要的驱动因子。在不同气候背景下，这些驱动要素联动或组合方式不同。项目主要结果对认识季风水文自然变率及其规律、全球升温背景下季风水文响应及预测提供数据支撑和理论参考。