• 海洋所研究揭示印度夏季風和南極中層水演化的協同關系

      近日,國際自然指數(Nature Index)期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters,簡稱GRL),在線刊發了中科院海洋所萬世明研究團隊與法國巴黎薩克雷大學、英國倫敦大學學院、法國海洋開發研究院和法國氣候與環境科學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觀測記錄較短的不足,并為氣候模式提供結果驗證和邊界條件。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制的研究可幫助更好地理解地球氣候由冷向暖的轉變機制,并為應對當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之間的相互作用機制。前人研究往往采用多種指標分別重建大氣或者海洋過程演化,但是由于涉及指標的多解性和不同定性指標之間難以互相比較的問題,不可避免的會影響結論的準確性。如果尋找到可同時反映兩種不同的氣候系統演化的單一指標,則有潛力減少噪音,并可直接對比兩種氣候系統的強弱演化。 

      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(ISM)降水驅動的大陸風化輸入和南半球來源的南極中層水團(AAIW)強弱的相對變化。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系統(大氣環流)和南半球來源的南極中層水團(海洋環流)的相互作用歷史。結果發現,千年時間尺度的冷期,印度夏季風的減弱與南極中層水向北平流的增強相吻合,二者是反向變化;而在距今一萬年到八千年之間的暖期,季風活動的增強伴隨著持續的強大南極中層水流入,二者是同向變化的。為了驗證以上的發現,我們進一步總結了全球范圍內使用多種指標追蹤的南極中層水演化記錄,得出了相對一致的結論。 

      研究表明,在冷期向暖期過渡的末次冰消期時,印度夏季風與南極中層水團強弱演化在千年時間尺度上由反向轉變為同向的變化可能響應了北大西洋冰川融水和南半球西風帶的變化,并在最后一次冰消期的冷暖氣候模態轉換中起到了關鍵作用。這一結果也預示,在全球變暖的背景下,印度夏季風與南極中層水團可能會出現同時增強的結果。 

      論文的第一和通訊作者為中國科學院海洋研究所副研究員于兆杰。本研究得到國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項、山東省自然科學優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站位記錄的風化輸入和南極中層水(AAIW)強度演化與全球主要氣候記錄相比圖 

    圖2. 南極中層水(AAIW)在印度洋、太平洋和大西洋的北向擴張強度,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記錄,而不同的顏色表示推測AAIW平流的強度


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