徐德克等-GRL：末次冰消期约500年植被-气候周期的时空规律

　　末次冰消期（距今约1.9-1.1万年）东亚季风区的植被和气候经历了波澜壮阔的变化：在轨道尺度长期变暖趋势上，陆地生态环境格局发生巨大变化，进一步奠定了东亚季风区现今的气候环境格局。同时，还出现了多次千年尺度气候突变事件，导致植被和气候在短短几百年内急剧变化。 

　　现今的全球气候格局，是不同时间尺度的气候过程叠加而形成的。末次冰消期除了轨道长期趋势和千年尺度突变事件外，是否存在百年尺度植被和气候周期，驱动机制是怎样的，长期以来一直缺乏高分辨率、精确定年的地质证据来回答这些问题。 

　　中国科学院地质与地球物理研究所徐德克副研究员、储国强研究员、吕厚远研究员等，联合云南师范大学沈才明教授、中国地质调查局国家地质实验测试中心孙青研究员，利用我国东北吉林小龙湾玛珥湖年纹层精确定年、约29年分辨率的孢粉记录开展系统研究。利用希尔伯特黄变换、小波变换、谱分析等时间序列分析方法，发现末次冰消期除轨道长期趋势和千年尺度突变事件外，还存在约500年的植被和季风周期变化（图1）：温带落叶阔叶林、北方针叶林+草原植被存在跷跷板式的反向变化模式，反映了东亚季风的暖湿和冷干相位变化过程。暖湿相位极值期分别对应于：距今～19.45, ～19.05, ～18.45, ～17.85, ～17.50, ～17.10, ～16.60, ～15.85, ～15.05, ～14.45, ～14.05, ～13.60, ～13.10, ～12.60, ～12.35, ～11.90, ～11.60 和 ～11.10千年前。需要注意的是，轨道长期趋势和千年尺度突变事件的贡献率为50%-75%；约500年周期的贡献率为6%-13%，是叠加在轨道长期趋势和千年尺度突变事件之上的。 

图1 阔叶树和针叶树+草本植物百分比的时间序列分析结果。（a、d）希尔伯特黄变换结果：c0分量代表原始的阔叶树、针叶树+草本植物百分比。为了去除高频波动（c1+c2）和轨道趋势和千年尺度突变事件（c8–c11），作者对原始c0分量进行分解，并把c3–c7分量相加，生成了一个新的去趋势时间序列（c3–c7）。作者使用多元线性回归模型计算了分量的解释方差。（b、e）阔叶树、针叶树+草本植物百分比谱分析结果。（c、f）阔叶树、针叶树+草本植物百分比小波分析结果 

图2  厄尔尼诺南方涛动、阔叶树、针叶树+草本植物时间序列分析、小波相干性和相位关系结果。（a）东亚石笋δ18O记录（Cheng et al., 2016）、长链正构烷烃δ13C27-31记录 （Sun et al., 2016）、基于苏禄海表温度记录的厄尔尼诺南方涛动代用指标希尔伯特黄变换结果的c3分量（Rosenthal et al., 2003）、阔叶树、针叶树+草本植物的希尔伯特黄变换结果的c6分量，以及白蜡树属和榆属花粉百分含量。（b）阔叶树、针叶树+草本植物花粉百分比小波相干分析结果。相位关系由箭头表示[几乎同相位，指向右侧（逆时针从315°到45°），阔叶树领先针叶树和草本植物270°（箭头指向正上方，逆时针从225°到315°），反相指向左侧（逆时针从135°到225°）]。在约19.96–10.79千年前，阔叶树和针叶树+草本植物之间存在约500年周期性的反相关系。注意，在约19.00–17.70和约17.00–10.79千年前（第2–4和第6–18个周期），厄尔尼诺南方涛动和阔叶树之间存在约500年周期性的几乎同相变化关系。蓝色条带表示海因里奇1和新仙女木冷期，黄色条带表示博陵阿罗德和早全新世暖期。绿色虚线表示阔叶树与针叶树+草本植物之间的反相关系

　　通过与东亚石笋和赤道西太平洋海温记录对比发现，约500年周期可能与赤道太平洋百年尺度的海温异常，即厄尔尼诺和拉尼娜事件频率有关（图2）。当赤道西太高温异常（拉尼娜态）时，西太副高向西北移动，夏季风增强，雨带向东亚大陆西北移动，使北方地区变得更加温和湿润，适合温带落叶阔叶林生长；当赤道西太低温异常（厄尔尼诺态）时，西太副高向东南移动，夏季风减弱，雨带向东亚大陆东南移动，使北方地区变得更加寒冷干燥，适合针叶林和草原植被生长。这表明，末次冰消期约500年的东亚植被和季风周期是低纬热带海汽耦合过程的结果，能够调控我国北方旱涝和植被格局的变化（图3）。 

图3 东亚季风区旱涝格局机制

　　该研究首次发现在末次冰消期存在约500年的植被和气候周期，反映了东亚季风与低纬热带海汽耦合过程存在密切联系，是研究团队利用多种时间序列分析方法，继SR（2014）、NC（2019）、GPC(2020）、PPP（2021）等关于全新世百年尺度周期性古气候变化研究的延续性成果，这一发现对于深入理解百年尺度气候变化的规律，评估未来的气候演变对人类生存环境空间格局的影响具有重要意义。 

　　研究成果发表于国际学术期刊GRL（Xu D, Chu G, Shen C, et al. 500‐Year Periodic Vegetation and Monsoonal Climate Oscillations During the Last Deglaciation in East Asia[J]. Geophysical Research Letters, 2023, 50(14): e2023GL103535. DOI: 10.1029/2023GL103535）。研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项（B类）共同资助。