中国季风区石笋氧同位素环流效应研究及千年序列重建

中国石笋氧同位素远轻于印度洋周边石笋氧同位素的事实、以及平均大气夏季整层积分水汽输送矢量分布和通量计算结果表明，中国季风区夏季水汽主要来自远源的印度洋。最近研究发现，当印度洋和中东太平洋海水温度偏高时，西太副高偏南西伸加强，并引导其南缘水汽到达东亚大陆，因此中国季风区内近源的太平洋水汽分额增加，导致中国季风区雨水及石笋氧同位素变重。由于石笋氧同位素的轻重变化反映了大气环流变化，故称这种变化为"环流效应"。但石笋氧同位素的"环流效应"尚有许多细节不清楚,与其它环境效应的关系也需进一步研究。本项目通过中国季风区多站点大气降水-洞穴滴水-钙质沉积氧同位素年内和年际观测分析，深入了解中国石笋氧同位素"环流效应"的区域特性及其气候意义；结合现代气候研究对大气环流、海-陆-气相互作用的认识，确定转换函数，采用消除实验室系统偏差的石笋氧同位素新序列重建信息高保真的定量或半定量近千年环流演变序列。

中国季风区石笋氧同位素时间序列已经被广泛的用以古气候重建，但关于其古气候信号的解译仍存较大争议。洞穴现代观测可以使我们了解气候信号在“大气降水——洞穴滴水——现生碳酸盐”的传递过程，从而为分析石笋同位素的古气候意义提供必要的理论基础。之前的洞穴观测工作主要集中在一个洞穴或一个区域的几个洞穴，无法探讨大区域共同的气候信号以及归纳总结洞穴滴水对大气降水的继承性。本研究在中国季风区选取8个洞穴，从南往北依次为云南仙人洞、广东宝晶宫、贵州凉风洞、重庆芙蓉洞、安徽蓬莱仙洞、湖北和尚洞、甘肃万象洞和北京石花洞。在每个洞穴内选取4-5个，共计34个滴水点。对大气降水和洞穴滴水以及大气环境和洞穴环境进行月际尺度的观测。经过3个水文年（2011年5月至2014年5月）观测，我们获得了如下的认识：.1、月际尺度的雨量效应和温度效应并不是控制中国季风区大气降水氧同位素组成的主要因素；.2、雨季（5至9月）降水δ18O和氘盈余偏负，说明季风降水的水汽主要来源于湿润的海洋性气团；而旱季（10月至4月）降水δ18O和氘盈余偏正，说明旱季降水的水汽主要来源于干燥的大陆性气团。.3、8个洞穴2011至2013年6-8月大气降水δ18O（扣除高程效应）加权平均值在空间上呈现出西南——东北方向逐渐偏负的趋势，说明中国季风区雨季降水的水汽主要来源于西南的印度洋，与同时期的水汽输送图显示的结果一致。.4、根据洞穴滴水δ18O的变化模式可以将其分为以下3种类型：（1）稳定型（占82%）：滴水δ18O在三年内变化非常小，变异系数小于6%。（2）季节变化型（占12%）：滴水δ18O呈现显著的季节性变化，变化趋势与大气降水基本一致；（3）过渡型（占6%）：滴水δ18O雨季偏负且稳定，旱季偏重且与雨水同步变化。.总之，由于中国季风区大气降水在大多区域没有显著的雨量效应，所以将石笋氧同位素解释为与雨量相关的气候信号时需谨慎；中国季风区大部分洞穴滴水同位素呈现稳定不变的性质，说明由其补给的石笋基本能够继承经过平滑的长尺度气候信号。