地质地球所揭示末次冰消期东亚海洋变暖超前陆地机制

　　5月29日，《美国科学院院刊》(PNAS)在线发表了中科院地质地球所新生代地质与环境研究室吕厚远研究员学科组与国内同行合作完成的关于末次冰消期东亚海洋、陆地气候转暖不同步的研究成果。该研究揭示了2万年来，全球气候从寒冷的冰期向温暖的间冰期变暖过程中，在东亚地区，海洋变暖超前陆地气候变暖约3~4千年，提出了热带海洋和北半球高纬度气候驱动海-陆气候转暖不同步的新认识，增进了对全球转暖背景下东亚季风区气候变化机制的理解。

　　现今，全球气候变化的格局是在地质时期气候长期演变背景下形成的，但古气候学家们对地质时期冰期向间冰期转暖过程中，海洋和陆地是否同步转暖了解甚少，以至于对全球冰消期气候转暖的机制存在多种假说，如高纬冰盖驱动说、低纬大洋暖池驱动说、南半球潜热驱动说等。造成这一问题的关键是目前对冰消期全球海洋、陆地气候变化与高、低纬气候变化之间的关系尚不明确，因此解决这一问题的核心是如何同步获取海洋和陆地气候变化的信息。

　　吕厚远学科组利用东海冲绳海槽DG9603钻孔的孢粉(提供陆地气候变化信息)、有孔虫和长链烯酮(提供海洋气候变化信息)分析结果，在相同的时间标尺上，分别建立4万年来陆地和海洋气候变化序列。结果显示，孢粉记录的陆地植被变化表明，陆地气候在距今约1.5万年前突然升温，在距今约 1.29~1.15万年期间短期降温，这个变化模式与北半球高纬度格陵兰地区气候变暖过程是一致的(图1、2)。然而，有孔虫和长链烯酮生物温标记录的海水温度变化显示，东海冲绳海槽区海水温度早在约2~1.9万年前就迅速升温，一直到全新世温暖期，这个变化模式与低纬度西太平洋暖池变暖过程是一致的。由于该研究所分析的陆地、海洋指标来自同一钻孔，避免了年代对比的不确定性，因此分析结果准确地揭示了末次冰消期东亚地区海洋变暖超前陆地气候变暖约3~4 千年(图3)。

　　进一步研究认为，约2万年前，随着地球轨道岁差周期变化，北半球低纬度地区太阳辐射增加，热带海洋接收更多热量，信风增强，加速了自东向西的赤道暖流，造成西太平洋暖池变暖。在西太平洋暖池北部，变暖的海水通过黑潮暖流迅速向北运动，导致东海-冲绳海槽区域海洋约 2~1.9万年前迅速升温;与此同时，在西太平洋暖池南部，温暖的海水穿越印度洋，通过厄加勒斯海流进入大西洋，增强大西洋经向翻转环流(AMOC)强度，向西北大西洋输送更多热量，随同北半球同时增大的夏季太阳辐射一起，加速融化北半球高纬度冰盖，引起大量淡水在约1.9万年前后开始涌入北大西洋，导致大西洋经向翻转环流(AMOC)减弱并在距今1.8~1.5万年期间几乎完全停止，造成北半球高纬度地区迅速变冷，并发展成北半球广泛存在的寒冷事件(Heinrich事件1，简称H1)。正是这次突然变冷的气候事件(H1)推迟了北半球陆地气候转暖的时间，导致了东亚陆地气候转暖滞后于东海海洋(西太平洋暖池)转暖约3~4千年。

　　这个发现揭示了全球不同地区海洋与陆地气候变化在不同时间尺度上，可能存在复杂的超前或滞后关系。这些关系至今并没有被考虑在古气候模型或现今的海洋-大气耦合模型中，因此现今的模型对于未来气候变化的预测必然存在较大的偏差。系统地开展相关研究，可以极大地提高气候模型的预测能力和促进对东亚季风区气候演变规律和驱动机制的认识。

　　地质地球所新生代地质与环境研究室古生态学科组博士后徐德克为论文第一作者，吕厚远研究员为通信作者。国家海洋局第一海洋研究所、中科院海洋研究所、云南师范大学学者参加了合作研究。

　　本研究工作得到国家自然科学基金项目以及科技部“973”项目和中国科学院资助。

　　论文信息：Deke Xu, Houyuan Lu, Naiqin Wu, et al. Asynchronous marine-terrestrial signals of the last deglacial warming in East Asia associated with low- and high-latitude climate changes. PNAS, 2013, doi: 10.1073/pnas.1300025110

图1 DG9603钻孔位置及其与其他古气候记录地点示意图

图2 东海冲绳海槽4万年来主要孢粉变化与石笋、冰芯氧同位素变化的对比图

图3 末次冰消期以来DG9603孔与全球不同区域气候变化指标对比