兰大优青一作在《Science》子刊发表研究成果，陈发虎院士共同通讯作者！

兰州大学在亚洲多时空尺度气候变化与驱动机制研究方面取得新进展

近日，兰州大学资源环境学院李国强教授、陈发虎院士等在亚洲多时空尺度粉尘堆积与湿度演变及其驱动机制研究方面取得重要进展。相关成果以Research Article形式发表在国际学术期刊《Science Advances》上，论文题为 Atmospheric systems drive spatiotemporal divergence of dust and moisture changes across Asia over the past 130,000 years（不同气候系统驱动下亚洲过去13万年粉尘堆积与湿度变化的空间分异）。

亚洲气候变化受中纬度西风、东亚与南亚夏季风以及东亚冬季风等多种大尺度环流系统共同影响。这些气候系统的强弱波动及其相互作用深刻塑造了亚洲区域水文气候格局，并对数十亿人口的生存环境与社会发展产生深远影响。然而，不同气候系统的演变过程及其驱动机制，以及它们对亚洲气候变化空间分异的影响仍存在较大争议。主要原因在于，现有研究多集中于全新世（约1.2万年）以来的较短时间尺度，缺乏更长时间尺度的高质量气候记录；同时，以往研究多聚焦于局地或亚区域尺度，对整个亚洲大陆范围气候变化空间差异的认识仍较为不足。

广泛分布于亚洲中纬度的黄土-古土壤沉积序列，为揭示不同时间尺度的粉尘堆积历史及西风–季风气候系统演变提供了重要载体（图1）。然而，晚第四纪黄土沉积序列的准确定年长期以来一直是相关研究的关键瓶颈。研究团队发展并应用了新的钾长石红外释光测年技术，将黄土沉积的可靠测年范围由约5万年拓展至25-30万年，系统建立了中亚干旱区和青藏高原二十余条黄土-古土壤序列的高分辨率年代标尺。结合多种指示降水变化的气候代用指标，研究团队系统重建了干旱区及青藏高原过去13万年的降水演变历史，有效弥补了中亚与青藏高原晚第四纪黄土年代学与古气候记录的不足。

在此基础上，研究团队联合国内外三十余家高校和科研机构的学者，构建并发布了全球首个“亚洲黄土释光测年与古气候代用指标数据集”。该数据集包含了横跨伊朗西北至中国东北地区148条黄土-古土壤剖面的3300个石英和钾长石释光年龄及其原始计算参数，以及3.6万个古气候代用指标数据，为开展亚洲大陆尺度综合研究提供了重要数据基础。基于其中107条具有高分辨率年代标尺的黄土—古土壤序列（图1），研究团队重建了伊朗北部、中亚、青藏高原、黄土高原东部和东北部、山东半岛及中国东北六个亚区过去13万年的粉尘堆积速率与有效湿度变化历史，并定量重建了中亚西风降水以及黄土高原和青藏高原季风降水的演化过程。结合PMIP4古气候模拟结果，研究系统揭示了晚第四纪亚洲降水变化的空间分异特征及其驱动机制。

图1. 亚洲黄土-古土壤序列研究点分布图

研究发现，在冰期—间冰期尺度上，亚洲不同区域黄土堆积速率总体表现为冰期升高、间冰期降低的一致变化模式，但在冰期和间冰期内部，粉尘堆积变化呈现显著空间差异（图2）。这一结果表明，亚洲粉尘堆积并非单一响应冬季风强弱变化，不同区域黄土堆积还受到物源供给、植被覆盖、局地地貌、海平面波动以及人类活动等多因素共同影响。同时，晚第四纪亚洲不同区域黄土沉积地层不连续现象普遍存在，风力侵蚀可能是主要原因，凸显了高分辨率测年的重要性。

图2 晚第四纪亚洲粉尘沉积不连续和粉尘沉积速率变化图

古气候重建结果显示，在冰期—间冰期时间尺度上，亚洲湿度变化总体表现为冰期降低、间冰期升高的同相位变化模式。但在末次间冰期、末次冰期和全新世内部，季风影响区（青藏高原东北部、黄土高原、山东半岛和中国东北）的湿度与降水变化具有较强同步性，而西风影响区伊朗北部与中亚则呈现明显不同步演化。尤其在间冰期千年尺度上，中亚西风降水与东亚夏季风降水呈现显著错相位变化关系（图3）。

图3 晚第四纪亚洲不同区域湿度变化空间差异图

研究进一步指出，轨道时间尺度上亚洲降水变化的核心控制因素是地表温度变化。在冰期阶段，冰盖扩张与温室气体浓度降低引发北半球普遍降温，抑制海表蒸发并降低大气湿度，从而导致亚洲范围内降水普遍减少；在间冰期阶段，日照驱动的温度变化显著改变了亚洲季风环流与中纬度西风环流的强度和配置以及大气湿度状况，使水汽输送出现区域分化，进而导致降水变化的显著时空差异。因此，太阳辐射强迫驱动的大气环流演变是造成间冰期内部亚洲降水不同步变化的主导机制，同时，高纬冰量调谐与热带印度洋反馈也发挥了重要作用（图4）。

图4. PMIP4模拟的末次间冰期(A)、末次冰期(B)和全新世(C)亚洲降水变化空间差异图

该研究建立了可在大陆尺度对比的黄土年代学与气候代用指标综合框架，为解释亚洲粉尘活动与降水变化的空间差异提供了新的证据与机制认识。研究成果不仅加深了对第四纪以来西风-季风气候变化过程及其驱动机制的理解，也为在全球变暖背景下评估干旱化趋势、降水格局变化与粉尘活动潜在风险提供了重要的长时段基准。本研究构建了一个迄今最为详尽的涵盖亚洲黄土地区的释光测年与古气候代用指标数据集，它将为深入研究亚洲黄土-古土壤序列的形成时代、沉积过程与成因机制，以及重建过去不同时间尺度亚洲气候环境变化提供坚实的数据支持。

李国强教授为论文第一作者和通讯作者，成都信息工程大学杨和博士与南京大学张肖剑副教授为共同第一作者，中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士为共同通讯作者，兰州大学为第一完成单位。来自中国科学院地理科学与资源研究所、地球环境研究所、青海盐湖研究所、西北生态环境资源研究院等多个研究所及南京大学、汕头大学、南通大学、青海师范大学、临沂大学、广州大学、澳大利亚Monash University、瑞典Uppsala University、丹麦Technical University of Denmark、芬兰University of Helsinki等国内外三十余家高校与科研机构的学者共同参与了研究。本研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目（No: 42422102）、甘肃省杰出青年基金项目（No: 23JRRA1016）、甘肃省陇原青年英才项目、教育部关键地球物质循环前沿科学中心'GeoX'交叉项目、成都信息工程大学科研基金项目（No: KYTZ202203）资助。

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来源 | 兰州大学资源环境学院

编辑 | 张杨

主编 | 尚亚玲

审阅 | 戚金波 亢鸿玲

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