黔西南过去2000年高分辨率气候变化的洞穴石笋记录

Climate change over the past two millennia is considered as an integrated result of anthropogenic and natural forcing. It is an increasing focus of the global climate research. This project aims to obtain precise U/Th dated stalagmites to reconstruct high-resolution climate changes over the past two millennia from Wulu Cave, Guizhou province, then to explore possible mechanisms driving decadal-centennial Asian summer monsoon (ASM) variability. In order to understand the transmitting mode and controlling factors for the δ18O signal in the cave water cycles, this project will develop continuous surface and cave monitoring and study on the active calcites. Combined with available instrumental records and model simulation results, this work will further assess and calibrate climate signals in the speleothem δ18O. By comparing ASM record with Chinese temperature data over the past two millennia, variations and mechanism of the ASM on different temperature background (e.g. Medieval Warm Period, Little Ice Age and Current Warm Period) will be studied. Furthermore, the responses and mechanisms of multi-scale ASM variation to natural and anthropogenic forcings, as well as the internal feedback processes will be elucidated. This work can improve our knowledge of the processes and mechanisms driving ASM change on centennial-decadal time scales, and provide data and theoretical basis to predict future climate changes.

过去2000年气候变化既包含“纯”自然变化又叠加了人为影响导致的气候变化，是全球气候变化研究的重点时段。本项目拟利用贵州省雾露洞高铀含量的石笋材料，重建过去2000年高分辨率气候变化历史，研究百年-年代尺度季风变化过程和机理。通过开展连续野外监测，采集洞穴环境变化及现代次生碳酸盐沉积相关数据，了解洞穴水循环过程中δ18O信号传递特征及影响因素。结合气象器测数据和模型模拟资料，评估和校准石笋δ18O信号的气候意义。对比过去2000年季风降水与温度变化序列，分析不同温度背景下(如中世纪暖期、小冰期和现代暖期)季风降水特征和成因，揭示自然因子与人为因子(温室气体)对季风降水的不同影响机理。同时，剖析百年-年代尺度季风降水变率，探索自然外强迫与气候系统内部变率共同驱动下多尺度气候变化的动力学机制，为评估气候变化与人类活动的相互影响及预测未来气候变化的趋势提供数据支撑与理论依据。

观测结果和模型模拟发现受全球变暖影响，不同纬度降水面临再分配。然而，在自然变率背景下温度和区域降水之间的机制联系目前仍然不清楚。本项目基于黔西南雾露洞石笋的622组氧碳同位素和29个230Th年龄，重建过去3200年高分辨率夏季风降水记录；重建结果发现小冰期(LIA)比中世纪暖期(MWP)更为湿润，且呈现两个显著的持续百年的湿润时期；区域对比结果显示中国南方降水与中国北方和印度降水变化存在明显的反相位关系；与北半球温度重建对比，揭示季风降水的时空变率可能受控于半球间热力梯度调控下的热辐合带位置的进退。进一步对比最近2000年北京石花洞(北方)和贵州董哥洞(南方)石笋δ18O记录，发现在MWP，洞穴记录对比结果呈现与其他代用指标重建结果一致的“南干北湿”模式；现代暖期，南北方洞穴记录均显示δ18O值正偏过程，指示亚洲夏季风减弱；暗示MWP亚洲夏季风增强可能是气候自然变率的结果，而现代暖期季风减弱则可能与人类活动影响下的热带海温异常有关。基于董哥洞高分辨率高精度定年的石笋δ18O记录，对比LIA和“8.2 ka BP”事件，发现两者在持续时间、震荡幅度和结构特征上均有很好的一致性；与指示大西洋经向翻转流(AMOC)变化的北大西洋放射性碳数据对比，结果表明淡水注入导致AMOC的减弱可能是两个事件的共同驱动机制。基于湖北落水洞石笋7个230Th年代和260个δ18O数据，重建了近2000年来高分辨率东亚夏季风变化序列，发现在黑暗时代冷期向MWP转变期间，δ18O值快速负偏，变化幅度约0.7‰，指示夏季风突然增强。这一快速转变过程与太阳活动和海气耦合指标存在良好对应关系，暗示太阳活动可能通过海气耦合过程(如ENSO)调控东亚季风变化。这一结果也得到湖北永兴洞为期3年的大气降水δ18O观测结果的支持。基于黔西南道观洞年纹层石笋，我们已获取5个U/Th测年结果和11个210Pb数据、227条年层、1517组氧碳同位素数据，655组微量元素数据，重建了小冰期以来季节分辨率的多指标序列，将有助于了解黔西南区域年代际尺度气候-环境变化及其动力学机制。

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