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自然基金重点项目介绍:印度季风变化与东亚季风耦合关系:石笋同位素记录研究

2017-12-29   作者:   点击:

项目名称:印度季风变化与东亚季风耦合关系:石笋同位素记录研究

项目批准号:41230524

项目负责人:程海

项目起止日期:2013年1月1日-2017年12月31日

一、项目简介

本项目以印度西北、东北和中部为研究区,通过野外采样、洞穴观测、高精度MC-ICPMS铀系定年和高分辨率的氧、碳同位素分析,建立过去15万年以来轨道尺度和全新世年代际尺度的反映印度季风演化历史的石笋同位素记录,填补典型印度季风区这一石笋记录的空白。在此基础上,揭示15万年以来、特别是全新世和最近2千年以来印度季风的演化、事件变率及其与东亚季风相互分异与耦合关系;检验印度夏季风滞后于太阳辐射岁差变化约8千年的假说;深入剖析与印度季风有关的水汽对中国地区东亚季风的环流效应,在解决目前有关中国东亚季风石笋研究中的相位和环流效应影响的重大科学争论方面取得实质进展。结合新获取的印度季风石笋同位素记录,检验目前众多模拟实验及其结果,进行新的气候模拟工作,更深入地理解东亚季风-印度季风的内部气候差异、相互关系及其驱动机制,部分解答目前亚洲季风气候动力学方面争论的核心问题。

二、项目主要成果

1)印度石笋氧同位素信号分析在细致分析印度季风的区域特点和环流特征的基础上,选择印度夏季风的两支典型的重要路径上的洞穴,即印度北部Bittoo和Sahiya洞穴和印度东北部的印度东北Mawmluh和Chympe洞穴图1),进行了深入研究,通过观测和分析对比基本厘清了典型印度季风区洞穴石笋稳定同位素的气候意义。其中,通过与近百年来印度气测资料的对比,揭示了印度北方石笋记录与印度北方和全印度降水之间的关系,进而首次提供了中-晚全新世印度次大陆北方的古印度文明演化的高分辨率和精确定年的气候变化背景,引起十分广泛关注;通过建立近百年的高分辨率和精确年代的印度东北记录及其与东亚季风记录(江西峨眉洞等)和太平洋十年际涛动(PDO)的精确相关关系。

2)在典型印度季风区建立印度季风的多尺度石笋记录:首次在印度建立轨道尺度的的典型印度季风的高分辨率和精确定年的石笋同位素记录:包括在印度北方建立了28万年的Bittoo Cave记录和16万年印度东北的Mawmluh Cave记录。着重在印度北方(指示印度北方和全印度降水)和印度东北部(指示另一支印度北方和全印度降水)。这是迄今为止印度地区最长和最完整的石笋记录(以往记录只有过去3万5千年中的部分片段的记录), 此外,其他重要的记录还包括:主要记录包括:印度北部Sahiya Cave5700年高分辨率石笋记录;毛里求斯(马斯克林高压区:亚洲季风起源地)PATA、LAVI Cave 2万5千年以来的高分辨率石笋记录;阿曼Hoti、Quaf Cave 的MIS5e记录;马达加斯加Anjohibe 等洞穴的7万年以来的部分记录;以及用于对比的西风带乌兹别克斯坦TON Cave13万年以来的石笋记录和中国湖北三宝洞64万年石笋记录。这些重要记录的建立具有里程碑的重要意义。

3)印度石笋记录与东亚季风-西风带及全球变化的关系通过对比新建立的印度季风、东亚季风和西风带的石笋记录,提出了西风带气候与东亚和印度季风之间的大气环流的紧密耦合关系、以及水汽在不同空间上的分异,进一步揭示了过去 15 万年以来、特别是全新世以来东亚-印度季风的在时空上的分异与耦合、气候演化与气候事件的关系和规律。通过与地球轨道变化以及海洋-冰芯记录的对比,揭示了印度季风与全球变化的主要关系,特别是与太阳辐射的相位关系、以及不同于东亚季风的全球冰量的关系。

4)亚洲季风的动力学机制研究方面取得突破性进展:项目在多尺度的亚洲季风动力学方面取得有突破性的进展。在轨道尺度上通过对比亚洲季风、南美季风、中亚西风带气候、北美西风带气候,以及全球冰量、CO2、CH4等记录,结合早期James Croll假说(Croll, 1875)和William F. Ruddiman 观念(Ruddiman 2006)提出较经典的Milankovitch Theory (Milankovitch, 1941; Hays et al., 1976; Imbrie et al., 1984)更为广义的气候变化的轨道理论。在亚轨道尺度上(千年尺度)揭示了亚洲季风事件与太阳辐射和南极温度的潜在相关关系。首次通过南半球石笋记录(Pata and Lavi cave记录)提出间冰期(全新世)的主要气候事件驱动机制与冰期不同,即南半球驱动假说。揭示了印度季风的十年际(年代际)周期及其可能的控制因素。


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