印度季风变化与东亚季风耦合关系：石笋同位素记录研究

On the basis of field work, speleothem sample collection and cave monitoring in northwestern, northeastern and central India, carry out high precision MC-ICPMS U-series dating and stable isotope analyses of speleothems to establish Holocene and the last 150 ka Indian Monsoon records on annual-centennial timescales. Characterize the Indian Monsoon variation history, climate events and its differentiation-coupling relations to the East Asian Monsoon; test the notion that the Indian Monsoon change lags Northern Hemisphere summer insolation by 8 ka at precession bands; examine in detail the Indian Monsoon circulation effect on the East Asian Monsoon variability. In turn, contribute substantially to the debates surrounding phases of the two monsoon systems and the impact of the circulation effect. In the light of new Indian Monsoon records, reexamine existing climate simulations and their results, perform climatic modeling work to probe the internal disparity and interplay between Indian-East Asian Monsoon systems, and the driving mechanisms; further tackle the key debating issues on the Asian Monsoon dynamics.

以印度西北、东北和中部为研究区，通过野外采样、洞穴观测、高精度MC-ICPMS铀系定年和高分辨率的氧、碳同位素分析，建立过去15万年以来轨道尺度和全新世年代际尺度的反映印度季风演化历史的石笋同位素记录，填补典型印度季风区这一石笋记录的空白。在此基础上，揭示15万年以来、特别是全新世和最近2千年以来印度季风的演化、事件变率及其与东亚季风相互分异与耦合关系；检验印度夏季风滞后于太阳辐射岁差变化约8千年的假说；深入剖析与印度季风有关的水汽对中国地区东亚季风的环流效应，在解决目前有关中国东亚季风石笋研究中的相位和环流效应影响的重大科学争论方面取得实质进展。结合新获取的印度季风石笋同位素记录，检验目前众多模拟实验及其结果，进行新的气候模拟工作，更深入地理解东亚季风-印度季风的内部气候差异、相互关系及其驱动机制，部分解答目前亚洲季风气候动力学方面争论的核心问题。

印度季风与东亚季风是相互联系又具有不同特征、相对独立的两个亚洲季风子系统，二者的分异和耦合关系及亚洲季风的动力学机制问题是晚第四纪气候变化研究的重要科学问题之一。本项目在亚洲季风的主要关键地区（从季风起源区的南半球马斯克林高压区，经阿曼、安达曼群岛、印度，到夏季风边缘的印度北部和中国的北方地区）和亚洲西风带核心地区采集了宝贵的洞穴石笋样品，在获得大量的高精度铀系定年、高分辨率的稳定同位素、微量元素等数据基础上，项目在多尺度印度及亚洲季风的动力学机制方面取得了重要成果。1）揭示了典型印度季风区洞穴石笋氧同位素记录与降水量之间的负相关关系，首次提供了印度次大陆北方的古印度文明演化与气候变化之间密切联系的地质证据。2）首次建立了28万年以来的印度地区典型印度季风的洞穴石笋记录，这是迄今为止印度地区最长和最完整的石笋记录。揭示了轨道-千年尺度印度季风的变化规律，完成了印度季风与东亚季风和其他重要气候记录的精细对比研究，更加深入的揭示了印度季风与东亚季风之间的分异和耦合关系。3）对不同时间尺度的亚洲季风动力学机制有了进一步的深入理解，揭示了亚轨道尺度上（千年尺度）亚洲季风事件与太阳辐射和南极温度的潜在相关关系。4）揭示了东亚季风和印度季风在年代际尺度上的变化规律及其影响因素，基于石笋记录对未来印度夏季风降水的趋势进行了初步预测，发现过去50多年以来人类活动的影响可能改变了亚洲季风与北半球温度的自然关系。5）发现南半球亚洲季风起源区的石笋氧同位素记录在全新世变化幅度大于冰期，与北半球格陵兰冰芯记录的变化模式相反。首次提出间冰期（全新世）主要气候事件驱动机制与冰期不同，即南半球驱动假说。6）还利用多指标的中亚石笋记录揭示了亚洲季风与西风带气候模态之间的耦合与分异关系。相关成果“亚洲季风的变化规律及其与全球气候变化的关系”入选了2016年度“中国高等学校十大科技进展”。