海洋所研究揭示印度夏季風(fēng)和南極中層水演化的協(xié)同關(guān)系
近日,國際自然指數(shù)(Nature Index)期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters,簡稱GRL),在線刊發(fā)了中科院海洋所萬世明研究團(tuán)隊與法國巴黎薩克雷大學(xué)、英國倫敦大學(xué)學(xué)院、法國海洋開發(fā)研究院和法國氣候與環(huán)境科學(xué)實驗室等單位合作的最新研究成果“Millennial variability in intermediate ocean circulation and Indian monsoonal weathering inputs during the last deglaciation and Holocene”。
目前,直接的氣候觀測記錄最長不過兩百年,限制了我們對長時間尺度氣候演化的理解。古氣候研究可以彌補(bǔ)觀測記錄較短的不足,并為氣候模式提供結(jié)果驗證和邊界條件。末次冰消期(約19 ka BP ~ 11.5 ka BP),是地球氣候演化中最后一次大冰期向暖期過渡的時間段,伴隨著大氣CO2濃度升高和海平面的快速上升。這與當(dāng)前全球變暖背景下大氣CO2升高和海平面上升的局面十分相似,因此末次冰消期氣候演化機(jī)制的研究可幫助更好地理解地球氣候由冷向暖的轉(zhuǎn)變機(jī)制,并為應(yīng)對當(dāng)下的全球變暖提供借鑒。
末次冰消期氣候演化研究中一個棘手的難題是破解大氣和海洋兩種氣候系統(tǒng)之間的相互作用機(jī)制。前人研究往往采用多種指標(biāo)分別重建大氣或者海洋過程演化,但是由于涉及指標(biāo)的多解性和不同定性指標(biāo)之間難以互相比較的問題,不可避免的會影響結(jié)論的準(zhǔn)確性。如果尋找到可同時反映兩種不同的氣候系統(tǒng)演化的單一指標(biāo),則有潛力減少噪音,并可直接對比兩種氣候系統(tǒng)的強(qiáng)弱演化。
基于這一思路,研究人員利用北印度洋的中層水深巖芯,重建了一條跨越過去17000年的有孔蟲釹(Nd)同位素記錄,分辨率達(dá)到了前所未有的200年。該釹同位素記錄的變化反映了印度夏季風(fēng)(ISM)降水驅(qū)動的大陸風(fēng)化輸入和南半球來源的南極中層水團(tuán)(AAIW)強(qiáng)弱的相對變化。因此通過對該釹同位素記錄的定量端元分解,我們可以在千年時間尺度上研究北半球季風(fēng)系統(tǒng)(大氣環(huán)流)和南半球來源的南極中層水團(tuán)(海洋環(huán)流)的相互作用歷史。結(jié)果發(fā)現(xiàn),千年時間尺度的冷期,印度夏季風(fēng)的減弱與南極中層水向北平流的增強(qiáng)相吻合,二者是反向變化;而在距今一萬年到八千年之間的暖期,季風(fēng)活動的增強(qiáng)伴隨著持續(xù)的強(qiáng)大南極中層水流入,二者是同向變化的。為了驗證以上的發(fā)現(xiàn),我們進(jìn)一步總結(jié)了全球范圍內(nèi)使用多種指標(biāo)追蹤的南極中層水演化記錄,得出了相對一致的結(jié)論。
研究表明,在冷期向暖期過渡的末次冰消期時,印度夏季風(fēng)與南極中層水團(tuán)強(qiáng)弱演化在千年時間尺度上由反向轉(zhuǎn)變?yōu)橥虻淖兓赡茼憫?yīng)了北大西洋冰川融水和南半球西風(fēng)帶的變化,并在最后一次冰消期的冷暖氣候模態(tài)轉(zhuǎn)換中起到了關(guān)鍵作用。這一結(jié)果也預(yù)示,在全球變暖的背景下,印度夏季風(fēng)與南極中層水團(tuán)可能會出現(xiàn)同時增強(qiáng)的結(jié)果。
論文的第一和通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所副研究員于兆杰。本研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項、山東省自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金等項目的支持。
論文信息:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022GL100003
https://doi.org/10.1029/2022GL100003

圖1. MD77-191站位記錄的風(fēng)化輸入和南極中層水(AAIW)強(qiáng)度演化與全球主要?dú)夂蛴涗浵啾葓D

圖2. 南極中層水(AAIW)在印度洋、太平洋和大西洋的北向擴(kuò)張強(qiáng)度,包括(a)全新世早期和(b)末次冰消期間。不同的符號表示不同的代用指標(biāo)記錄,而不同的顏色表示推測AAIW平流的強(qiáng)度
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