海洋所研究揭示印度夏季风和南极中层水演化的协同关系

　　近日，国际自然指数（Nature Index）期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters，简称GRL），在线刊发了中科院海洋所万世明研究团队与法国巴黎萨克雷大学、英国伦敦大学学院、法国海洋开发研究院和法国气候与环境科学实验室等单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，直接的气候观测记录最长不过两百年，限制了我们对长时间尺度气候演化的理解。古气候研究可以弥补观测记录较短的不足，并为气候模式提供结果验证和边界条件。末次冰消期（约19 ka BP ~ 11.5 ka BP），是地球气候演化中最后一次大冰期向暖期过渡的时间段，伴随着大气CO2浓度升高和海平面的快速上升。这与当前全球变暖背景下大气CO2升高和海平面上升的局面十分相似，因此末次冰消期气候演化机制的研究可帮助更好地理解地球气候由冷向暖的转变机制，并为应对当下的全球变暖提供借鉴。
 
; L' B- F2 j6 E" Q4 p; h/ H( o　　末次冰消期气候演化研究中一个棘手的难题是破解大气和海洋两种气候系统之间的相互作用机制。前人研究往往采用多种指标分别重建大气或者海洋过程演化，但是由于涉及指标的多解性和不同定性指标之间难以互相比较的问题，不可避免的会影响结论的准确性。如果寻找到可同时反映两种不同的气候系统演化的单一指标，则有潜力减少噪音，并可直接对比两种气候系统的强弱演化。
 
　　基于这一思路，研究人员利用北印度洋的中层水深岩芯，重建了一条跨越过去17000年的有孔虫钕（Nd）同位素记录，分辨率达到了前所未有的200年。该钕同位素记录的变化反映了印度夏季风（ISM）降水驱动的大陆风化输入和南半球来源的南极中层水团（AAIW）强弱的相对变化。因此通过对该钕同位素记录的定量端元分解，我们可以在千年时间尺度上研究北半球季风系统（大气环流）和南半球来源的南极中层水团（海洋环流）的相互作用历史。结果发现，千年时间尺度的冷期，印度夏季风的减弱与南极中层水向北平流的增强相吻合，二者是反向变化；而在距今一万年到八千年之间的暖期，季风活动的增强伴随着持续的强大南极中层水流入，二者是同向变化的。为了验证以上的发现，我们进一步总结了全球范围内使用多种指标追踪的南极中层水演化记录，得出了相对一致的结论。
 
　　研究表明，在冷期向暖期过渡的末次冰消期时，印度夏季风与南极中层水团强弱演化在千年时间尺度上由反向转变为同向的变化可能响应了北大西洋冰川融水和南半球西风带的变化，并在最后一次冰消期的冷暖气候模态转换中起到了关键作用。这一结果也预示，在全球变暖的背景下，印度夏季风与南极中层水团可能会出现同时增强的结果。
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9 i. i: x7 R0 t9 m. z　　论文的第一和通讯作者为中国科学院海洋研究所副研究员于兆杰。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项、山东省自然科学优秀青年基金等项目的支持。 
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　　论文信息： 
 
　　https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022GL100003
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　　https://doi.org/10.1029/2022GL100003
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图1. MD77-191站位记录的风化输入和南极中层水（AAIW）强度演化与全球主要气候记录相比图 

                               
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" o  c, k/ D2 u图2. 南极中层水（AAIW）在印度洋、太平洋和大西洋的北向扩张强度，包括（a）全新世早期和（b）末次冰消期间。不同的符号表示不同的代用指标记录，而不同的颜色表示推测AAIW平流的强度