中科院地球環(huán)境研究所譚亮成研究員領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊，日前在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了2700年中印度-太平洋地區(qū)降雨變化的最新研究成果。他們還建立了一條新的、涵蓋過去2000年的熱帶輻合帶（ITCZ）移動指數(shù)記錄，以反映熱帶赤道地區(qū)降雨帶的南北移動。該研究的另一個亮點(diǎn)，是揭示14世紀(jì)末到15世紀(jì)初的極端降水事件對吳哥文明消失的可能影響。

　　■記者 張瀟 實(shí)習(xí)生 杜榮

　　泰國石筍揭示熱帶地區(qū)降雨變化驅(qū)動機(jī)制

　　為什么要做這樣的研究？譚亮成介紹，熱帶地區(qū)是全球氣候變化的關(guān)鍵區(qū)域。該地區(qū)的降雨變化不僅影響著世界上40%的人口和全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且對全球水文循環(huán)和能量平衡起著十分重要的作用。20世紀(jì)后半葉，隨著全球變暖，北半球熱帶地區(qū)的降雨呈下降趨勢，但其原因到底是自然變化（如火山噴發(fā)、內(nèi)部海氣濤動）還是人類活動（如硫酸鹽氣溶膠和溫室氣體的排放），至今爭議不休。由于缺乏對熱帶地區(qū)降雨變化驅(qū)動機(jī)制的完整理解，目前對未來降雨變化趨勢的預(yù)測存在完全不同的觀點(diǎn)。一些研究認(rèn)為，全球變暖將會使熱帶地區(qū)降雨增加，導(dǎo)致“濕潤的地方變得更濕潤”或者“暖的地方變得更濕潤”。然而，也有觀點(diǎn)認(rèn)為，在全球變暖的背景下，熱帶地區(qū)降雨將會減少。為了更好地理解熱帶地區(qū)的降雨變化，有必要在更長的氣候背景下研究其特征和驅(qū)動機(jī)制。

　　這個國際團(tuán)隊包括亞洲、澳洲、美洲和歐洲等17所研究單位的科研人員。他們從2010年開始，在地處ITCZ中心區(qū)的泰國南部可蘭洞（Klang Cave）開展研究工作。有意思的是，這個洞穴一半在海里、一半在陸地，洞穴溫度比較穩(wěn)定，常年低于地表溫度。這項(xiàng)研究采集了3根石筍，通過高精度的放射性同位素測年方法，測定了石筍的年代，測年精度最高達(dá)到0.5年的誤差。

　　氣候研究要用到的石筍，是生長在洞穴中的一種碳酸鈣次生沉積物。從地球上海洋誕生以來，時時刻刻都發(fā)生著冷暖干濕的變化。石筍的生長離不開滴水的作用，而每一滴滴水都攜帶著當(dāng)時的氣候信息，并把這些秘密悄然“鎖”在了石筍中的礦物晶格當(dāng)中。為了探索它的秘密，首先需要知道石筍有多少歲？從哪一年“活”到了哪一年？通過放射性同位素測年，就可以得到石筍的年齡。然后，利用物理化學(xué)手段，從石筍中可以提取出其每一時間段內(nèi)的“秘密”，便可以知道在它生長時間段內(nèi)的氣候變化狀況。

　　科研人員發(fā)現(xiàn)，可蘭洞石筍的氧同位素和區(qū)域降雨量有負(fù)相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而通過石筍氧同位素反演了中印度-太平洋北部地區(qū)過去2700年的降雨變化歷史。研究結(jié)果顯示，過去2700年中印度-太平洋北部地區(qū)降雨呈長期下降趨勢，與北半球熱帶其他地區(qū)如東南亞、中美洲、加勒比海的古水文記錄一致，而與南半球熱帶地區(qū)如非洲東部、西太平洋暖池、熱帶太平洋東部和南美等地區(qū)的降雨增加趨勢相反。這體現(xiàn)了長尺度上南北半球夏季太陽輻射對各自熱帶降雨變化的驅(qū)動作用。

　　研究顯示：吳哥文明消失很可能與大洪水有關(guān)

　　為了研究這一區(qū)域百年到十年尺度的降雨變化，研究人員去掉了石筍氧同位素的長期趨勢。他們發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代暖期和中世紀(jì)暖期，中印度-太平洋地區(qū)南北部降雨均顯著減少。值得注意的是，他們的研究結(jié)果顯示，14世紀(jì)末期到15世紀(jì)初這一區(qū)域存在持續(xù)數(shù)十年的極端降雨事件。這一區(qū)域在公元9世紀(jì)到15世紀(jì)前期曾經(jīng)存在一個很繁盛的文明——吳哥王朝（公元802-1431）。吳哥王朝極盛時，占有今柬埔寨全部、泰國及老撾大部、越南及緬甸南部，是東南亞歷史上最為強(qiáng)盛的國家，對中南半島幾乎所有國家都產(chǎn)生了重大影響。然而，如此發(fā)達(dá)的國都在15世紀(jì)初突然被廢棄。其原因眾說紛紜，有人曾提出是干旱導(dǎo)致的。

　　譚亮成團(tuán)隊的工作成果顯示，很可能是持續(xù)數(shù)十年的強(qiáng)降雨造成的大洪水，大大削弱了吳哥王朝的國力，導(dǎo)致了外敵入侵以及王城的廢棄。這和考古記錄中發(fā)現(xiàn)的吳哥城市排水系統(tǒng)的沖毀時間一致。另外，他們還通過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)千年前的中世紀(jì)暖期和現(xiàn)代暖期中印度-太平洋地區(qū)干旱的空間模式與厄爾尼諾事件發(fā)生時期類似。

　　服務(wù) “21世紀(jì)海上絲綢之路”建設(shè)

　　熱帶地區(qū)的降雨變化，受到厄爾尼諾-南方濤動等因素的影響。因此，他們通過泰國南部和印尼石筍重建的中印度-太平洋北南地區(qū)降雨的差值，構(gòu)建了一條新的ITCZ南北移動指數(shù)記錄。結(jié)果顯示：在過去2000年，ITCZ存在整體南移的趨勢，和南北半球副熱帶地區(qū)溫度梯度有關(guān)。在中世紀(jì)暖期的前期以及現(xiàn)代暖期，ITCZ的平均位置偏南。據(jù)此，他們認(rèn)為20世紀(jì)以來熱帶北部地區(qū)的干旱趨勢類似于歷史暖期，主要由于厄爾尼諾活動的增強(qiáng)以及ITCZ的南移導(dǎo)致。人類活動對北半球熱帶地區(qū)降雨變化造成的影響，還沒有改變自然變化的趨勢。

　　過去暖期降雨變化研究，可以為全球變暖下未來趨勢變化提供歷史相似型，并有助于改善氣候模式的精度。該項(xiàng)研究有助于加深對中印度-太平洋地區(qū)歷史時期降雨變化以及ITCZ動力演化的理解，為進(jìn)一步提高我們預(yù)測全球變暖背景下這一重要地區(qū)未來降雨變化的能力提供古氣候?qū)W的理解，服務(wù) “21世紀(jì)海上絲綢之路”建設(shè)。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“亞洲季風(fēng)變異及突變事件”、陜西省杰出青年科學(xué)基金以及中科院青促會優(yōu)秀會員項(xiàng)目等資助，是中科院地球環(huán)境研究所“一帶一路”計劃的系列研究成果。

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