过去224000年内东亚季风的千年和轨道尺度变化外文翻译资料

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过去224000年内东亚季风的千年和轨道尺度变化

王勇进，程海，R·劳伦斯·爱德华兹，孔兴功，邵晓华，陈世涛，吴江银，蒋秀阳，王先锋，安志胜

摘要：中国提供的高分辨率的石笋记录已经证实了控制东亚季风强度的因素。然而我们对这些因素的理解仍不完整，这是因为过去两次间冰期-冰期旋回期间季风历史记录的空白。特别是缺少的这部分记录阻碍了我们关于轨道尺度对季风的控制、千年尺度事件的原因和其他地区气候与季风变化之间的关系的测试。在这我们提供一份来自中国中部三宝洞的绝对年代的氧同位素的记录，是过去224000年基于东亚季风强度中国洞穴形成的记录。该记录以2.3万年周期为主导,在夏季太阳辐射和65°N的误差内同步, 支持热带/亚热带季风对北半球夏季太阳辐射的轨道时间尺度的主要变化和直接影响的观点。千年尺度的强季风事件（中国间冰期）的周期和新的记录让我们识别了这些事件的完整系列在过去的两个间冰期–冰期的循环。在末次冰期和末次冰期的冰川形成过程中的持续减少和频繁增加表明冰原的大小影响了它们的特征和周期。这些事件的时代是全强迫的，因此可以作为关联和校准气候记录的基准。

末次冰期以在格陵兰岛首次发现的千年尺度时间为特征，包括在末次间冰期—冰期时期的格陵兰间冰段25。 我们以前发现的一些中国间冰阶（CIS）事件（相对较强的夏天千年尺度东亚季风事件，EAM）和与类似GIS相关的事件。我们还从一部分倒数第二次冰期时期确定了CIS事件，并与末次冰期CIS建立了一个系统命名法，从最近的到古老的，分别以CIS A1, A2等为符号和CIS B1, B2等为符号命名。我们提供的三宝洞的EAM记录，再加上以前胡卢【印度尼西亚】的记录，和以在最后和倒数第二间冰期循环的完整的CIS系列，包括先前没有发现的事件。

位于中国中部湖北省的三宝洞，在神农架山脉的北部，接近中国黄土高原（110°26′E, 31°40′N, 海平面高度1,900m）

的南侧。区域气候以亚洲季风的子系统——东亚季风为主，年降水量1900–2000mm，平均气温8-9℃。在北半球的夏季（六月至九月），来自太平洋的温暖潮湿的空气吹到神农架山脉的北坡，提供超过年降水量80%的水汽。从距洞入口1500m处采集的12颗石笋记录第127个典型误差小于1%的时代的数据。该记录是用O数据建立的，平均分辨率为距今224和55千年之间的70年（已校正），40年或更好在19和0.5千年之间（已校正）。

事实上同期增长的不同的石笋的O的几乎相同的波动提供了一个关于均衡的方解石沉积的稳定复制测试。另外，在所有重叠时间间隔内，三宝洞的O记录和胡卢【印度尼西亚】以及东葛的记录大致相同，提供了另一个反映实验，并且表明气候变化已经在中国大部分区域是相似的。以往的研究表明，O在石笋中的转变主要反应胡卢【印度尼西亚】以及东葛洞漂亮的沉积物的O数值上，这些变化又与夏季东亚季风强度的变化有关。三宝洞、胡卢【印度尼西亚】以及东葛之间相似的记录表明三宝洞的记录也是由于东亚夏季风的作用。

三宝和胡卢的东亚季风波动的记录大体上遵循北半球夏季日照点的轨迹和穿插了许多千年尺度的强季风事件（在末次冰期25周期，CIS A1–A25 和在倒数第二次冰期24周期，CIS B1–B24）。我们以前把大部分CIS A与GIS联系起来,三宝的数据完全体现了GIS 25 and CIS A 事件关联性，包括对CIS A21, A22和 A25的区别，和与GIS事件有关系的类似事件。在倒数第二个冰期，我们确定了另外9个CIS B事件，使整个CIS B顺序完整，共包含24个事件。

直接互相比较时，在模拟的CIS A和CIS B事件的特点有显著的相似之处，尤其是古老的事件，CIS A17到A24和CIS B17到B24。一般情况下，倒数第二个间冰期冰期周期在224和160千年（已校正）的CIS事件，与在160和130千年（已校正）之间的CIS（CIS B15至B1,平均持续时间1.5千年，频率平均1件事件2.5千年）相比持续时间（平均值3千年）长且频率（平均1件事件5千年）较低。这种关系类似于末次间冰期–冰期周期内的CIS事件的变化，平均持续时间3千年，频率为1件事件4.5千年在110和50千年，并且平均持续时间2千年，频率为1件事件2.5千年在50和10千年（已校正），时间频率分析支持这种归纳。

强度

季风

年代 (千年 已订正)

图1 | 过去224千年（已订正）三宝/葫芦O记录与nHSI和大气的O记录的比较

1. 三宝O的时间记录（红色，SB11石笋；绿色，SB23；黄色，SB25-1；粉色，SB22；蓝色，SB3；紫色，SB10和橘色，SB26）和胡卢洞（蓝色），和NHSI（北半球夏季日照点，7月21日）在65°N（灰色)。相比之下，胡卢较高的O绘制记录比描述三宝洞的负1.6%（见补充图4）第二百三十个时代和错误（2delta;顶部错误条）是颜色编码的石笋。数据表明在海洋同位素阶段和时期。
2. 从南极洲东方站的冰芯得到的大气O记录。

此外，分析O记录之间的交叉谱，三宝或Hulu和格陵兰岛冰块在过去的120千年也表现出明显的共同周期集中在6.1，4.7，4.2，3，1.6和1.2千年，类似于北大西洋冰筏碎屑和间冰期周期，支持GIS和CIS之间的紧密联系。千年尺度事件的强迫机制已经通过由北大西洋深层水形成率变化来解释，导致北大西洋热量输送的改变。我们的数据进一步表明：（1）在一个冰川期的过程中，千年尺度时间的持续时间和频率呈系统性变化；（2）这些变化的一般性质在最后两个冰期是可再现的。这些结果表明，冰量之间的联系，在过去的两个冰期里可能会以大致相同的方式改变。且千年尺度事件的特征、持续时间和变化，与最近的模拟结果相一致，以全球冰量为代表的平均气候状态可以减缓气候事件。因此，冰量，影响冰的动态，可能与大气和海洋环流的反馈影响有关，对GIS和CIS事件有重大影响。

三宝/胡卢的O记录以广泛的正弦模式为特征，23千年周期密切跟踪可控运动NHSI（例如，7月21日）在65°N的变化。这有力地表明东亚季风的轨道变化与轨道强迫近似成线性关系。光谱分析(r=0.70，n=3206)进一步显示在7月21日日照和平均EAM信号（将30°相当于一个月的相移，滞后0.77plusmn;0.45千年的东亚季风与23千年的循环周期或12°plusmn;7°结合）之间没有显著的相位差。

在更高的频率下，千年尺度的事件（包括CIS时间和“神秘间隔”在东亚季风I和II结束前）叠加在东亚季风的轨道尺度变化。根据相对时间的千年尺度和轨道尺度的变化，这种叠加可能导致季风相对外观日照超前或滞后。东亚季风终止II的日期在胡卢和东葛记录里129plusmn;1千年，发生在日晒后的最初的上升4–6 千年。在太阳辐射的初增期间的滞后可能是因为海因里希事件（与弱季风间隔相关）的发生和其对季风的影响。同样的，东亚季风与相对日照在110至115 千年的重要关系可以通过CIS A24和A25解释。此外，季风的变化与于约21千年的末次冰消期相关，与此同时太阳辐射最低。间冰期数据的转入被与老仙女木和新仙女木有关的季风解释在末次冰消期内日照点相关联的东亚季风的2千年滞后。

年代（千年 已订正）

年代（千年 已订正）

图2 |在倒数第二和末次冰期的循环中的千年尺度的振荡条幅的比较a.最后一个周期

b.倒数第二个循环。与图一用来表示例子的颜色相同，数据表明中国间冰期（在末次间冰期–

冰期旋回的A25到A1和在倒数第二次冰期–冰川周期B24到B1）。在文献1和2中看到胡卢CIS A1–A13和B1–B10的细节。夏季（7月21日）日照点与65°N（灰色曲线）也用于比较作图。

根据上面的观察，我们的东亚季风记录证实了早期的假设，热带季风的变化主要和直接地对北半球夏季太阳辐射在轨道尺度方面的响应。现代亚洲夏季风的爆发发生在5月下旬六月初，因为季节性的太阳辐射变化导致了陆地和海洋之间温度梯度的逆转。在中国东亚季风的降雨量达到峰值在七月。类似于现代的东亚季风的季节性变化，我们的数据表明NHSI的变化也能通过在陆地和海洋之间温度梯度的相似变化驱使东亚季风的轨道尺度变化。这在滞后6plusmn;1 kyr相对于7月21日日照幅度调制的基础上，与将振幅（从印度洋和太平洋的沉积物岩芯推断出来的）调制运动循环与南半球潜热转移联系起来的想法形成了对比。我们的数据既不支持这种解释，也不支持相对于太阳辐射的季风滞后的观点。

一个可以似真地调节的数据集，如果西部的振幅调制与东部的不同表现。然而，这似乎并不可行，因为洞穴研究表明在相同地区的千年和轨道尺度同步转移。第二种可能的解释是，海洋季风代表了一个更复杂的信号，它不仅仅代表了印度夏季风。这里我们提出了第三种可能性，从我国相关洞穴的季风记录和北大西洋海洋记录之间，我们知道在终止II期间，海洋终止导致突然过渡到末次间冰期季风几千年。对这种相关性的基础上，终止II的SPECMAP时间是由几个千年组成。这一观点也得到了一些早期研究的支持。为海洋性季风记录与SPECMAP的时间尺度，SPECMAP的偏移量可以解释海洋和洞穴记录推断的季风日射分期的差异。

东亚季风的变化幅度大体上随NHSI变化。然而，O振幅有差异。与海洋同位素5.5、7.3相对应的季风峰相对较低，MIS 6.5的峰值相对较高。这些差异在变化的大气O2记录在东方号站冰芯与进动特征。使用原来的时间表，我们计算的相关性r＝0.58的系数（我们之间的记录）一个可能的最小值作为年龄上的差分可能大大降低计算系数。这个最小值，以及图1中的视觉关系，表明东亚季风和这个最小，以及图1中的视觉关系，表明EAM和之间的明确关系，确认先前对低纬气候和之间的明确关系，确认先前对低纬气候和。今天，不同，海洋，大气中的最终来源于全球光合作用。氧气最终来源的海水，与陆地光合作用造成的同位素差异通过与海洋蒸发分馏过程相关，与在大气中，大气降水、蒸腾作用和光合作用中的瑞利散射结合。东亚季风沉淀的氧的最终来源也是海水，同位素组成基本上受上述三个过程的控制。

多尔效应和东亚季风变化之间的可能的联系是地球树叶水的平均同位素组成的变化，通过大气降水和相对湿度的同位素组成的变化，这两者可能与季风的变化有合理的关联。由于陆地的光合作用为大气中提供63%的氧气,在叶子水分里只有1.6permil;的O可以一般转换为1permil;的（整个记录的振幅为1.6%左右）。作为我国季风记录有约6%的幅度，在陆地大气降水（这包括与我们观测到的变化，季风同位素组成）中同位素组成的变化轻易的占据了此外，因为叶子水分中的O对相对湿度十分敏感，与我们观测到的季风变化相关的地球相对湿度的变化可能也有助于观测到的Dole效应的变化。因此，我们的数据支持这样的观点，不同的振幅调制强度在改变多尔效应中起关键作用。这种关系将证明冰芯和季风记录的相关性。

方法总结

所有的石笋沿生长轴的表面抛光被切成两半。在明尼苏达同位素实验室电感耦合等离子体质谱仪使用在文献3和4所描述的程序沿钍的生长轴对附属样本钻开。共获得第例典型错误小于1%岁的年代。典型的不确定性在10和60千年之间的小于0.5千年，在 60和130千年之间的0.7千年，在130和180千年之间的1.5千年，以及180和224千年之间的2千年。用第二百三十个日期之间的线性插值法来建立年表。在这些石笋样品SB11生长时间最长的时期，从224plusmn;2到129.3plusmn;0.7年。样品SB11与其他四个石笋，被用来重建一个覆盖224和55千年和在19.2和0.5 千年之间的范围的季风历史，如图1所示。氧同位素比值的分析程序与文献3中描述的相似，并在补充表2中作了进一步描述。自动碳酸酯的制备系统与中国南京师范大学同位素实验室的Finnigan mat-253气源质谱仪相连，对约100毫克的粉末样品进行沿石笋生长轴钻开和在线分析。运行每九样品的标准（nbs19）进行重现性检查。从NBS19测量O值的0.06%计算

标准偏差，沿石笋轴间隔1mm或0.5mm采样，取决于样品的增长率。

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