降水中的稳定同位素是研究地球水循环过程和重建古气候历史的重要指标。已有研究表明，石笋和其他沉积物记录的亚洲降水同位素在地质时期显示出明显的万年尺度（轨道尺度）周期性变化，但这种变化所指示的气候学意义在科学界仍存在争议。

在最近发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）的一项研究中，中国科学院地球环境研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、美国圣地亚哥大学的科学家合作，在天文日射、大气温室气体含量和全球冰盖变化等气候强迫条件下，通过包含水稳定同位素过程的气候模式开展了晚第四纪（过去30万年）的长期瞬变模拟，揭示了中亚干旱区（CA）、南亚热带季风区（SA）和东亚副热带季风区（EA）轨道尺度降水同位素变化的特征及其控制因子。

中亚干旱区（CA）、南亚热带季风区（SA）和东亚副热带季风区（EA）的位置，及其降水同位素（δ18Op）、降水（Precip）和气温（Temp）的气候年循环

模拟结果表明，在轨道尺度上中亚、南亚和东亚年平均降水氧稳定同位素比值（δ18Op）的变化均表现出显著但不同步的2.3万年（岁差）周期。中亚雨季（11~3月）和南亚雨季（6~9月）δ18Op也具有显著的岁差周期，而东亚雨季（5~9月）δ18Op变化并没有表现出岁差周期，说明中亚和南亚年降水同位素变化主要取决于其雨季，但东亚不同。

中亚（左列）、南亚（中列）和东亚（右列）区域平均年均及雨季降水同位素（δ18Op）、降水（Precip）和气温（Temp）序列的功率谱分析

岁差引起的不同月份日射变化是造成中亚、南亚和东亚年降水氧同位素周期性非同步变化的根本原因，但所涉及的物理过程不同：

在年降水量由冬雨主导的中亚地区，雨季温度效应和西风环流的水汽输送被确定为连接10-2月北半球中纬度日射与中亚δ18Op的关键过程。

在年降水量由夏季风主导的南亚地区，局地降水量效应和季风水汽δ18O的上游耗损是连接4-7月日射与南亚δ18Op变化的主要机制。

在副热带东亚季风区，岁差尺度的年降水同位素变化主要受季风后期（8-9月）和季风前（4-5月）与上游耗损过程相联系的水汽输送模式控制，而两者又分别由7-8月日射和全球冰量所驱动。

模拟的过去30万年中亚（a）、南亚（b）和东亚（c）区域平均年降水同位素（δ18Op）与对应不同月份日射（Inso）的时间序列，以及同位素（d）与气候强迫因子（e）在岁差波段的相位关系

这些结果表明，轨道尺度亚洲降水δ18O变化的气候影响对其地理位置很敏感，这是由日射引起的局地气候要素变化和与雨季相关的区域环流异常的综合影响所确定的。这项研究为理解亚洲降水同位素轨道尺度变化的区域差异和形成机制提供了新的认识。

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Model-based distinct characteristics and mechanisms of orbital-scale precipitation δ18O variations in Asian monsoon and arid regions during late Quaternary

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac182

转自：“中国科学杂志社”微信公众号

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