东亚冬季风是全球季风的重要组成部分，从成因上看是由海陆热力性质差异引起的。冬季陆地温度较低形成高压（西伯利亚高压），临近海区温度较高形成低压（阿留申低压），因而盛行从高纬大陆吹向海洋的偏北风。通过对第四纪轨道和千年时间尺度东亚冬季风动力学机制的研究，能够加深我们对北半球高低纬相互作用的认识，也是全球变化研究的重要组成部分。
通过利用中国黄土高原黄土粒度组成重建的第四纪轨道时间尺度东亚冬季风演化历史表明，东亚冬季风强度存在明显的周期性变化，与底栖有孔虫氧同位素记录类似，在中更新世革命后具有以10万年为主导的冰期-间冰期变化，这指示了北半球高纬冰盖通过影响西伯利亚高压进而控制了东亚冬季风强度。然而，与底栖有孔虫氧同位素记录典型的“锯齿状”变化（冰盖缓慢生长与快速崩塌的过程）不同的是，黄土粒度指示的东亚冬季风强度在间冰期-冰期转换过程中存在突变（图1），这表明轨道尺度东亚冬季风动力学机制还有待进一步研究。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所李涛副研究员和南京大学李高军教授合作，利用甘肃省西峰和镇原地区的黄土-古土壤剖面样品，获得了55万年以来高分辨率黄土次生碳酸盐锶同位素记录，建立了基于黄土锶同位素地层学的相对年代卡尺，从而揭示了间冰期-冰期转换过程中东亚冬季风的动力学机制，为研究轨道时间尺度北半球高低纬相互作用提供了新的视角。参与这项工作的还包括南京大学陈骏教授团队、中国科学院地球环境研究所孙有斌研究员团队、比利时鲁汶大学尹秋珍教授团队和英国布里斯托尔大学Laura Robinson教授。相关研究成果近期发表于国际知名期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）。
本研究主要取得以下几点认识：1）尽管次生碳酸盐锶同位素可能受到粒度和碳酸盐含量的影响，但在古土壤-黄土（间冰期-冰期）转换过程中直接受温度控制，次生碳酸盐锶同位素的降低反映了全球变冷的过程，可以直接与底栖有孔虫氧同位素记录对比，获得独立于黄土粒度变化的相对年龄；2）间冰期-冰期转换过程中东亚地区温度变化和冬季风强度变化存在解耦现象，表现为温度的渐变和冬季风强度的突变（图1）；3）间冰期-冰期转换过程中冬季风强度的突变与黄土叶腊氢同位素和次生碳酸盐氧同位素（夏季风强度）的突变是同时发生的（图2）；4）结合前人的气候模式模拟结果，本研究认为北半球高纬度夏季太阳辐射的渐变可能会驱动北大西洋环流的突变，从而引起北大西洋的突然变冷和西伯利亚高压的加强，导致东亚冬季风的突然加强和东亚夏季风的减弱，这一过程同时受到北半球冰盖的调控；5）海洋氧同位素11阶段向10阶段转换过程中北半球冰盖可能存在增长滞后，虽然太阳辐射达到可能驱动北大西洋环流突变的阈值，但东亚冬季风强度不存在突变现象（图2），这进一步证明了间冰期-冰期转换过程中北半球冰盖对太阳辐射驱动的东亚冬季风突然加强的调控作用。
该研究得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）和率先行动人才计划资助。
论文相关信息：Li, T., Li, G.*, Chen, T., Sun, Y., Yin, Q., Wu, Z., Robinson, L.F., Li, L., Zhang, Z., Meng, X., Zhao, L., Ji, J., Chen, J., 2023. Ice Volume and Insolation Forcing of Abrupt Strengthening of East Asian Winter Monsoon During Glacial Inceptions. Geophysical Research Letters 50. https://doi.org/10.1029/2022GL102404.
图1 黄土磁化率、粒度和次生碳酸盐锶同位素与底栖有孔虫氧同位素对比图
图2 55万年以来黄土记录与其他古气候记录对比图
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