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地球環境研究所在印度-太平洋地區降雨變化及驅動機制研究中取得新進展
2019-08-16| 編輯: | 【 】【打印】【關閉

  熱帶地區是全球氣候變化的關鍵區域,該地區的降雨變化不僅影響著世界上40%的人口和全球生態系統的穩定性,而且對全球水文循環和能量平衡也起著十分重要的作用。20世紀后半葉,隨著全球變暖,北半球熱帶地區的降雨呈下降趨勢,但其原因到底是自然變化(如火山噴發、內部海氣濤動)還是人類活動(如硫酸鹽氣溶膠和溫室氣體的排放)至今爭議不休。由于缺乏對熱帶地區降雨變化驅動機制的完整理解,目前對未來降雨變化趨勢的預測存在完全不同的觀點。一些研究認為全球變暖將會使熱帶地區降雨增加,導致“濕潤的地方變得更濕潤”或者“暖的地方變得更濕潤”。然而,也有觀點認為在全球變暖的背景下,熱帶地區降雨將會減少。為了更好地理解熱帶地區的降雨變化,有必要在更長的氣候背景下研究其特征和驅動機制。同時,過去暖期降雨變化研究還可以為全球變暖下未來趨勢變化提供歷史相似型,并有助于改善氣候模式的精度。 

  中科院地球環境研究所“一帶一路”氣候環境研究中心譚亮成研究員領銜的國際研究團隊,于2019812日在國際頂尖學術期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發表了2700年中印度-太平洋地區降雨變化的最新研究成果。他們還建立了一條新的、涵蓋過去2000年的熱帶輻合帶(ITCZ)移動指數記錄。該研究的另一個亮點是揭示14世紀末到15世紀初的極端降水事件對吳哥文明消失的可能影響。 

  這個國際團隊包括了來自亞洲、澳洲、美洲和歐洲等17所研究單位的科研人員,他們基于地處ITCZ中心區的泰國南部可蘭洞(Klang Cave)的3根可重復的、精確定年(最小測年誤差為0.5年)的石筍氧同位素記錄,重建了中印度-太平洋北部地區過去2700年(706 BC-2004 AD)連續的高分辨率降雨記錄。重建結果顯示過去2700年中印-太北部降雨呈長期下降趨勢,與北半球熱帶其他地區如東南亞、中美洲、加勒比海的古水文記錄一致,而與南半球熱帶地區如非洲東部、西太平洋暖池、熱帶太平洋東部和南美等地區的降雨增加趨勢相反。這體現了軌道尺度上夏季太陽輻射對南北半球熱帶降雨變化反相位關系的驅動作用。 

  為了研究這一區域百年到十年尺度的降雨變化,研究人員去掉了石筍氧同位素的長期趨勢。對比發現,在現代暖期和中世紀暖期,中印-太地區南北部降雨均顯著減少。值得注意的是,他們的研究結果顯示14世紀末期到15世紀初,這一區域存在持續數十年的極端降雨事件,這和柬埔寨吳哥文明時期城市排水系統的沖毀時間一致,表明強降雨導致的洪水事件可能對高棉帝國的滅亡產生了重要影響。通過進一步分析,他們發現中世紀暖期和現代暖期中印度-太平洋地區百年-十年尺度干旱的空間模式與厄爾尼諾事件發生時期類似。 

  考慮到熱帶地區的降雨變化不僅受到厄爾尼諾-南方濤動的影響,受控于沃克環流的緯向移動,還和ITCZ的南北經向移動密切相連,而沃克環流的緯向移動對中印度-太平洋地區南北部的影響相似。因此,研究人員通過泰國南部和印尼石筍重建的中印-太北南地區降雨的差值,構建了一條新的ITCZ南北移動指數記錄。結果顯示在過去2000年,ITCZ存在整體南移的趨勢,和南北半球副熱帶地區溫度梯度有關。在中世紀暖期的前期(950-1150 AD)以及現代暖期,ITCZ的平均位置偏南。據此,研究人員認為20世紀以來熱帶北部地區的干旱趨勢類似于歷史暖期,主要由于厄爾尼諾活動的增強以及ITCZ的南移導致。人類活動對北半球熱帶地區降雨變化造成的影響,還沒有改變自然變化的趨勢。 

  該項研究有助于加深對中印度-太平洋地區歷史時期降雨變化以及ITCZ動力演化的理解,為進一步提高我們預測全球變暖背景下這一重要地區未來降雨變化的能力提供古氣候學的理解,服務 21世紀海上絲綢之路”建設。研究得到國家重點研發計劃“亞洲季風變異及突變事件”(2017YFA0603401)、陜西省杰出青年科學基金(2018JC-023)以及中科院青促會優秀會員項目(2012295)等資助,是中科院地球環境研究所“一帶一路”計劃的系列研究成果(文章鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/08/06/1903167116 

圖1 可蘭洞(Klang Cave)石筍記錄

2 去趨勢后的泰國石筍記錄與過去2000年中印-太南部地區高分辨率降雨記錄以及ENSO和火山活動的對比。(A)北半球溫度記錄,(BTK δ18O記錄,(C)印度尼西亞中部海洋沉積物葉蠟δD記錄,(D)印度尼西亞東部Liang Luar洞石筍多指標集成記錄,(E)重建的南方濤動指數記錄,(F)熱帶太平洋東部加拉帕戈斯群島湖泊沉積物砂含量記錄的厄爾尼諾活動,(G)模擬的尼諾3.4區海表溫度變化記錄,(HGISP2冰芯記錄的火山活動。

  


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