【古气候】东亚季风降雨变化：在间冰期温升2℃下

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东亚夏季风环流是全球水文气候循环的重要组成，并且季风降水直接影响超过五分之一全球人口的生存。因此，进一步认识2℃温升情景下的季风降水变化是非常必要的。可通过过去环境变化解释现代、预测未来的环境过程。

结果：近期一项研究定量重建了过去80万年中国华北（黄土高原）的高分辨率气温和降水。①由间冰期数据估计的降水增量，仅为上一个冰期到间冰期的估计值的一半，被归因于冰量变化引起的气候变化的放大效应。②在黄土高原间冰期2℃变暖水平下，季风降水增加约100mm。过去间冰期变暖的特点是格陵兰冰盖有限，这为未来变暖提供了一个更接近的类比，从而为模型模拟提供了更可靠的估计和约束。

方法：基于黄土-古土壤序列，通过环境磁学、漫反射光谱和铁地球化学方法，建立赤铁矿-温度转换函数。

图1 土壤采样点和草滩剖面位置及区域7月降水量

1. 定量化气温、降水转换函数

温度主导赤铁矿生成，表现在其影响铁氧化物/氢氧化物转化和土壤有机质含量，因此赤铁矿是有用的古温度指标。磁化率是反映东亚夏季风强度的常用指标，随频率变化的磁化率的空间模式与现代观测到的降水梯度密切相关，其特征是从黄土高原北部到黄土高原南部，磁化率和降水值逐渐增加。

图2 现代土壤赤铁矿含量和频率相关磁化率（χFD）的空间分布及其与观测到的温度和降水的相关性

2. 过去80万年剖面重建温度和降水变化

（1）显示出明显的轨道尺度变化。气温、降水变化记录都有8个冰期-间冰期旋回，都包含10万、4.1万和2.3万年的周期，表明轨道参数变化驱动季风气候变化。冰期干冷、间冰期暖湿，其中MIS 5e（距今约12.8~11.6万年）和MIS 11c（距今约42.6~39.6万年）的间冰期较80万年内其他间冰期更强。

（2）温度和降水演变相对独立，在长期趋势上差异明显，具有不同驱动机制。降水振幅在约距今42.4万年后的间冰期大大增加，与中布容气候转型（Mid-Brunhes Event , MBE）吻合，但温度振幅在距今42.4万年前后的间冰期总体不变。

图3 草滩剖面重建的温度和降水量与过去80万年其他古气候记录的比较。

(A）6月日照65°N（紫线）和地球轨道进动（黑线）。（B）赤铁矿草滩黄土/古土壤序温度记录（橙色点）和地球轨道偏心率（黑色迹线）。（C） 频率相关磁化率（χFD）降水记录（蓝点）。（D） 全球温度（红线）和大气CO2浓度（黑线）。（e） δ18O（深蓝线）和海平面记录（浅蓝色线）（数字表示海洋同位素阶段）。阴影区域表示主要的间冰期间隔及其与其他古气候记录的相关性。

3. 季风降水对间冰期增温2°C的响应

（1）冰期-间冰期降水增量大于间冰期-间冰期，分别为：80~1.2万年前的91.97mm/°C和48.19mm/°C，42.4~1.2万年前的102.5mm/°C和49.6mm/°C，80~42.4万年前77.36mm/°C和 40.48mm/°C。

（2）间冰期升温2℃，中国西北部季风降水量将增加约99.2mm。

（3）气候模型预测：在代表性气候路径4.5（RCP4.5）和RCP8.5下，本世纪末黄土高原降水量将分别增加17.95~71.80mm和43.08~140.01mm。

（4）归因：东亚夏季风从冰期到间冰期状态的变化，是冰量和温度变化的结果。其中，北极冰盖放大气候变化：①冰盖生消引起的海平面波动，改变海陆轮廓、海陆热梯度和海洋水汽源距离。②导致大气系统纬向运动，即高空西风向赤道偏移2°~3°、东亚大陆季风降水偏弱偏南。③影响区域气溶胶和太阳辐射平衡。④通过调节西太平洋海温和蒸发影响东亚降雨量。

图4 不同气候阶段和时间间隔的重建温度和降水数据统计分析

参考文献：

Xinbo Gao et al. ,Changes in monsoon precipitation in East Asia under a 2°C interglacial warming.Sci. Adv.10,eadm7694(2024).DOI:10.1126/sciadv.adm7694