全新世南、北太平洋年代际振荡的珊瑚地球化学记录

Decadal-interdecadal oscillation is popular in both tropical and mid-latitude Pacific regions, and its physical mechanisms cannot be explained by simple statistical and numeric modeling methods. Pacific decadal oscillation (PDO) has a time scale of decade to multi-decade, while the modern instrumental climate records, such as temperature and precipitation records, are generally limited to the past several decades to 100 years. Therefore, the long term variations of PDO cannot be fully displayed. In order to gain a better understanding of such changes in PDO over longer time scales, it would be necessary to extend the historical temperature and precipitation records using proxies. This proposal plans to reconstruct the variations in PDO during some specific periods in the Holocene using annual resolved geochemical proxies, such as Sr/Ca ratio, carbon and oxygen isotopes in massive corals from the South China Sea and the Great Barrier Reef of Australia. These corals will cover the important stages of the Holocene, such as Megathermal Period or Climatic Optimum (5.5-7.0 ka BP), Medieval Warm Period (900-1300 AD), Little Ice Age (1550-1850 AD), and modern times (19th - 21st century), and their growth time spans will be 150 to 200 years or longer. The information of decadal-interdecadal variability will be extracted from the reconstructed sea surface temperature, seawater oxygen isotope and precipitation records to explore the decadal-interdecadal oscillation in both south and north Pacific during the Holocene. The results of this study will be helpful to understand some unclear questions on PDO such as the time and place of its origin, physical mechanism and variation trend in the future.

太平洋年代际振荡广泛盛行于热带和南北太平洋，其形成机制复杂，目前还不能利用数值模拟的方法来解释。太平洋年代际振荡的时间变化尺度为十年至数十年，而现代器测的用来表征太平洋年代际变率变化特征的降雨、温度等记录只有百年左右，不能呈现出太平洋年代际振荡的长期变化趋势。因此，要更好地理解太平洋年代际振荡的变化特征，需要利用气候替代指标延长降雨、温度等气候记录。本项目拟对取自南海及澳大利亚大堡礁的全新世主要特征时段的一系列持续生长 150-200 年或更长的滨珊瑚进行综合的年分辨率的Sr/Ca、碳、氧同位素分析，利用这些地球化学指标重建海水温度和海水氧同位素、降雨等记录，提取其中的年代际变化信息，了解全新世特征时段南、北太平洋年代际振荡的活动规律；对比相同时段南、北太平洋年代际振荡在主要活动周期和变化幅度上的异同点，为解决太平洋年代际振荡的起源、机制、未来变化趋势等一系列问题提供依据。

作为巨大的热源，海洋能够吸收和储存大部分太阳辐射能，并通过环流系统将热量传递到全球各处，影响全球降水和气温的变化，对调节和稳定全球气候发挥重要作用。但由于绝大多数高分辨率的古气候环境演变记录来自于高纬陆地地区，来自热带海洋的非常少，严重制约了人们对过去热带海洋高分辨率气候环境变化的认识。项目致力于利用地球化学方法重建过去的气候环境变化，研究其控制机制，为未来气候环境变化的准确预测提供科学依据。围绕这一目标，项目通过对造礁珊瑚进行Sr/Ca比值和C-O同位素分析，利用这些地球化学指标重建了西太平洋包括我国南海和澳大利亚周边全新世特征时段的年际-年代际-百年际尺度的气候变化记录，取得以下主要结果和进展。（1）工业化革命以来人类活动的加剧对热带海洋温度升高影响并不显著，但人类活动可能导致了海表温度变化幅度和变化频率的升高。工业化革命以来人类排放CO2对表层海洋的碳循环产生了显著的影响，这种影响导致过去1000年以来珊瑚δ13C和总太阳辐照度的耦合变化被工业化革命以来人类活动排放大量含轻质量数12C的12CO2驱动的苏斯效应打破。但是，珊瑚骨骼δ13C对苏斯效应的响应在2000年代左右开始减缓或反转，体现了珊瑚对外部环境压力的自适应能力。（2）西太平洋及我国内陆地区在中-晚全新世气候转型期的中青铜时代有一次快速的降温过程，这次降温过程在西太平洋及周边海域表现为快速变冷变湿，而在我国内陆地区表现为快速变冷变干，这次快速的气候变化事件可能导致了夏朝的灭亡。另外，历史上大禹治水的成功可能并非大禹具有超强的治水能力，而是由于气候自身变化导致内陆变干和水患自然消失。（3）珊瑚在经历超强的厄尔尼诺高温影响后白化死亡，之后再恢复生长，表明珊瑚自身对气候环境的变化有一定的适应能力。南海远离中赤道太平洋，处于厄尔尼诺影响范围的边缘，因此中等强度和较弱强度的厄尔尼诺活动可能不能很好地被南海珊瑚记录下来。