近五千年东亚季风异常气候事件的频率、幅度与机制

The East Asian Monsoon System is an integral component of coupled ocean, atmosphere and land surface. This proposal aims to obtain a high-resolution and U/Th dated speleothem oxygen isotope record over the past 5000 years from Longfugong Cave, Hubei province. The annual-decadal resolutions and exceptionally precise dates are achievable due to high Uranium concentration and high growth rate of stalagmites from the cave, thus characterizing decadal-centennial scale climatic anomalies by the speleothem oxygen isotope records. In combination with data of cave monitoring and meteorological observation, we identify frequency and amplitude of climatic anomaly events by use of other paleo-proxies such as trace elemental ratio, calcite crystallization and bio-maker in the speleothem profiles. Based on the present large-scale monsoon circulation pattern and the rainfall isotopic models, we test a link of pronounced shifts in calcite oxygen isotopic ratio and atmospheric circulation pattern, transport trajectory and moist sources from Pacific-Indian Ocean.; this aids a new clue to the currently debated issue of interpreting Chinese speleothem oxygen isotope records. Comparing with records from tree-ring, ice cores and historical documents in the Asian continent, we investigate temporal-spatial relationship of extremely wetting and drying events during the past several thousand years. This work can improve our knowledge of monsoon dynamics and climate models for predicting future catastrophic climates.

研究东亚季风气候历史中高频事件的发生规律有助于理解全球海-陆-气的相互作用过程和动力学机制。本项目以湖北龙腑宫洞高铀、高生长速率的石笋为主要研究对象，采用铀系定年技术和稳定同位素等地化气候代用指标，重建距今5千年至5百年时段东亚季风年-十年际分辨率气候变化序列。通过研究大气降水同位素、岩溶表生带物质循环、石笋结晶相的地球化学特征等，标定石笋氧同位素气候序列中数十年尺度异常漂移事件的频率和幅度。以大尺度季风环流和瑞利分馏模式为切入点，分析石笋氧同位素异常漂移事件与低纬海洋水汽源变化、水送过程和大尺度季风环流的内在联系，为中国季风区石笋氧同位素代用指标的理论解释提供新证据。从过去5千年石笋记录中分离突变事件的频率、幅度，拟与亚洲大陆腹地树轮、冰芯记录和历史文献进行对比，考察不同时空尺度上季风极端干旱事件的协同性和差异性，有效评估亚洲季风系统极端气候事件发生的自然变率背景和未来演化趋势。

研究东亚季风气候历史中高频气候事件的发生规律有助于理解全球海-陆-气相互作用过程、动力学机制。本项目以71个Th-230和10000余个氧碳同位素数据，重建了距今4700年来东亚季风年际分辨率气候变化序列，取得了如下重要科学认识：（1）长江中下游洞穴石笋氧同位素受控于北大西洋经向环流和地球边界条件。这一认识对梅雨带洞穴氧同位素的正负漂移机制给出了新的解释。（2）分析了亚洲季风过去5000年季风气候变化周期、突变事件及其原因，明确太阳活动和北大西洋融冰事件是5000年来典型百年尺度事件主要驱动力。（3）过去5000年来季风变率与ENSO存在内在联系，ENSO变率的长期趋势受太阳辐射、冰盖和大气CO2影响，30~200年的ENSO和季风变率与全球海-陆-气相互作用过程有关。上述成果为未来气候变化的极端事件提供了历史相似型、自然变率背景，并有助于深入认识中原文明起源和季风气候背景的关系。本项目已发表国际学术论文3篇，正在撰写“5000年来季风变率与ENSO变率耦合机制”论文1篇，在国内外会议学术报告2次，培养博士1名。