长江中下游石笋记录对ENSO信号的遥相关响应

作     者：薛莲花 

作者单位：南京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪永进;赵侃

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：中世纪暖期 季风气候突变 石笋 ENSO 东亚季风 长江中下游 

摘      要：长江流域对中国经济和生态的可持续发展起着重要作用,该地区东亚夏季风(East Asian Summer Monsoon,简称EASM)在空间和时间上的变化会显著影响水资源的时空分布,从而导致旱涝灾害的发生,影响社会和区域经济。近年来,越来越多的研究已证实厄尔尼诺-南方涛动(El Nino/Southern Oscillation,简称ENSO)活动是控制古气候演化、降水格局变化和现代气象变化的重要因素,在多个时间尺度上影响着长江中下游地区的东亚夏季风演变。然而,现有器测温度和降水重建记录持续时间较短,需要更长尺度的指标重建以了解ENSO随着全球变暖而变化的趋势,这对长江中下游地区预测未来气候变化有重要指导意义。本文基于湖北长江中下游落水洞石笋8个Th年代结果和261组氧同位素测试数据,重建了近2000年来平均分辨率为6.2年的东亚夏季风演变序列;基于长江中下游永兴洞三支石笋(其中YX230为本文数据,18个Th年龄和306组氧碳同位素数据),重建了近1200年的季风演化序列(简称YX)。该序列显示在280～800 A.D.、800～1400 A.D.和1400～1850 A.D.三个时段内的季风强度呈弱-强-弱的演变特征,分别对应于黑暗时代冷期(Dark Ages Cold Period,简称DACP,400～800 A.D.),中世纪暖期(Medieval Warm Period,简称MWP,800～1300 A.D.)和小冰期(Little Ice Age,简称LIA,1300～1800 A.D.)3个典型气候期。LS45、YX记录显示近2000年来东亚夏季风强度总体呈减弱趋势,并叠加数次百年尺度的振荡旋回。其中,DACP和LIA并非是持续几个世纪的弱季风时期,其内部存在明显的数十年尺度强弱波动。在DACP向MWP转变期间,δO值快速负偏,持续时间约40～50年,变化幅度约0.7‰,指示夏季风快速增强。和尚洞、万象洞、Dandak洞的石笋记录以及Laguna Pallcacocha沉积物红度记录均显示了这一快速转变过程,暗示当时大尺度大气环流可能发生快速转型。进一步将中国石笋记录与太阳活动、厄尔尼诺、热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)、大西洋海表温度和北半球温度指标记录进行对比,发现这些记录之间存在良好对应关系和相似特征,表明百年尺度季风变化可能与太阳活动、ENSO、大西洋多年代际震荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,简称AMO)和ITCZ变化密切相关。因此,本文推测ENSO和AMO可能是太阳活动影响亚洲季风变化的关键因子。石笋YX230δO、δC记录与Palmyra珊瑚记录在年代际尺度上具有高度的相似性,功率谱分析也显示石笋记录与ENSO记录有相似的周期性变化,综合以上研究表明长江中下游石笋δO记录在年代际尺度上具备重建ENSO活动演化的特征,这一点也得到了长江中下游地区梅雨锋强度指标的证明。长江中下游地区东亚夏季风的变化在不同时间尺度上与ENSO活动相关,年代际尺度上,EASM-ENSO显著相关的时期,ENSO相关的环流异常表现为东亚/太平洋(East Asia/Pacific,简称EAP)遥相关型,与北太平洋西部上空降雨异常的增强(抑制)与西风急流的南北向位移有关。同时也受到ENSO和PDO的驱动,表明长江中下游降水季节性显著受到海洋-大气相关作用的影响。ENSO和PDO主要是通过西太平洋副热带高压(Western Pacific Subtropical High,简称WPSH)位置和强度的调节影响东亚夏季风强度。