江淮地區千年來的降雨量如何變化?科學家通過湖底岩心有了新發現

北京新浪網 (2021-07-30 16:10)
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原標題:江淮地區千年來的降雨量如何變化?科學家通過湖底岩心有了新發現

新京報快訊(記者 張璐)由於缺乏歷史氣象記錄,研究某一地區的長期降水規律是個難題。

近日,中國科學技術大學周鑫教授研究組與國內外學者合作,利用湖泊沉積物重建了我國江淮地區的季風降水演變歷史記錄,發現過去一千余年該地區的降水趨勢總體呈「先干后濕」,並認為主要由太平洋海水溫度變化所致。了解降水規律和機制,對應對未來的旱澇災害意義重大。

湖底岩心揭露千年氣候變化

江淮地區包括豫南、皖中、蘇中等地。周鑫研究組與國內外學者,在地處江淮的安徽滁州女山湖開展研究。在平均水深2.7米的女山湖湖底,科研人員鑽取了超過15米長的圓柱體岩心(沉積物)。

科研人員在女山湖鑽取岩心。受訪者供圖

在湖底,不同年代的沉積物一層層累積,其中的一些物理、化學或生物指標可用於反映當時的沉積環境和氣候條件。周鑫介紹,他們把沉積物分割成一個個樣品進行實驗分析,先挑選沉積物中的植物種子、木塊等,通過碳14測年的方法,精準確定年代。

科研人員在分割岩心。受訪者供圖

同時,沉積物的顏色、元素、顆粒大小等指標,可以反映水位高低、湖面大小,多指標相互驗證,能推斷降雨變化。

找到「好的記錄」

此前,與中國北方、華南地區相比,能反映江淮地區降水長期演變的「好記錄」較少。周鑫說,好的記錄包括兩方面,一是年代要準確。「我們用碳14方式定年,需要沉積物中有合適的材料,比如用植物種子、木頭等材料,定年比較準確,但在江淮區域的自然地層中,很難找到這些材料。」

二是沉積物樣品解析度高。解析度越高,單個樣品代表的時間越短。他舉例說,長長的岩心會被切割成片,比如每片厚度是0.5厘米。如果一個樣品能代表10年,連起來就可以看出幾十年的變化特徵。如果一個樣品能代表100年,那就是解析度相對比較低,只能看到幾百年的變化特徵,無法看到細節內容。

此次採集的樣品年代好,解析度比較高,平均每個樣品能代表不到1年,所以記錄的質量比較高。

他進一步解釋稱,過去一兩千年來,江淮地區之所以難有的高質量記錄,是因為河流有時會帶來大量泥沙,也會產生侵蝕,導致沉積不穩定;同時,在兩三千年之前,這裏就有很強的人類活動,這會對一些地層記錄產生影響。此外相比其他一些區域,江淮也缺少深湖,因此可以穩定記錄地層信息的湖底岩心也相應缺乏。

未來東太平洋如升溫,江淮降水將增多

此次,科研人員通過對湖底岩心的研究,重建了江淮地區高解析度季風降水演變記錄。周鑫說,約公元1000年到1300年是全球公認的「中世紀暖期」,研究發現這個階段江淮地區的降雨相對較少;約公元1400年到1850年是公認的冷期,被稱為「小冰期」,此時正值我國明清時期,研究發現,這一時期江淮地區的降雨明顯增多,過去千余年降水變化總體為「暖干-冷濕」模態,與相鄰的華北地區降水趨勢正好相反。

課題組通過進一步分析,認為這一變化與東太平洋的表層海水溫度密切相關。周鑫說,正常情況下,西太平洋海溫比東太平洋海溫要高幾度,但是東太平洋有時候會升溫,兩者溫差減小,此時就出現了厄爾尼諾事件,1997年至1998年出現了明顯的厄爾尼諾事件,1998年長江流域和江淮流域就發生了洪災。

該研究認為,小冰期時期,太陽和火山等導致輻射減弱,全球溫度降低,在「海洋調溫器」作用下赤道太平洋呈「類厄爾尼諾」態;受此影響西太平洋副熱帶高壓西伸,使更多水汽沿著高壓邊緣匯聚到江淮地區變成降水。也就是說,東太平洋海溫升高時,江淮流域降水就會增加。在中世紀暖期,有效輻射增加導致相反變化,江淮地區又進入「暖干」模式。

了解降水規律和機制,對應對未來的旱澇災害意義重大。「此次研究更偏重於長時間尺度,但是也會對未來江淮地區降水的判斷有一些指示意義。」研究組推測,如果未來赤道太平洋偏「類厄爾尼諾」態,江淮地區降水可能增多。

新京報記者 張璐

編輯 胡閑鶴 校對 吳興發