東亞冬季風(fēng)是溝通北半球高、低緯氣候系統(tǒng)的重要紐帶，對(duì)東亞以及西太平洋等廣泛地區(qū)的環(huán)境變化具有多重影響。冬季風(fēng)的強(qiáng)度波動(dòng)直接影響了東亞地區(qū)冬季大氣環(huán)境質(zhì)量的變化，冬季風(fēng)活動(dòng)增強(qiáng)有利于大氣污染物的快速消散，但極強(qiáng)的冬季風(fēng)活動(dòng)會(huì)引發(fā)一系列極端天氣事件，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來一定的損失。深入理解東亞冬季風(fēng)的活動(dòng)規(guī)律有助于科學(xué)應(yīng)對(duì)冬季風(fēng)活動(dòng)所誘導(dǎo)的極端天氣事件。

探索地質(zhì)歷史時(shí)期東亞冬季風(fēng)的演化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制對(duì)于理解未來冬季風(fēng)活動(dòng)規(guī)律具有重要指導(dǎo)意義。目前對(duì)于地質(zhì)歷史時(shí)期東亞冬季風(fēng)研究的時(shí)間尺度主要集中在第四紀(jì)以來。前人對(duì)于這一尺度東亞冬季風(fēng)的演化特征和規(guī)律的研究程度較為成熟，但對(duì)于更長(zhǎng)時(shí)間尺度的冬季風(fēng)演化歷史還存在較大的研究空間。晚中新世期間全球氣候和構(gòu)造格局發(fā)生了一系列顯著變化，這為探索東亞冬季風(fēng)演化與全球變化和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的關(guān)系提供了重要的時(shí)間窗口。已有的晚中新世東亞冬季風(fēng)重建記錄主要集中在中國(guó)黃土高原和東亞大陸邊緣海（例如：中國(guó)南海、日本海等）。為了進(jìn)一步約束晚中新世東亞冬季風(fēng)演化歷史和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁與年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室大洋巖石圈課題組張強(qiáng)副研究員聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)對(duì)西北太平洋DSDP 578巖心晚中新世沉積物開展了系統(tǒng)的環(huán)境磁學(xué)、沉積學(xué)和地球化學(xué)研究，基于多指標(biāo)重建了晚中新世東亞冬季風(fēng)演化歷史，同時(shí)結(jié)合古氣候模擬系統(tǒng)評(píng)估了全球氣候變化和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素對(duì)晚中新世東亞冬季風(fēng)演化的調(diào)控作用。

西北太平洋位于東亞冬季風(fēng)的下行風(fēng)向（圖1），地質(zhì)歷史時(shí)期來自亞洲內(nèi)陸地區(qū)的風(fēng)塵顆粒在風(fēng)力搬運(yùn)下向太平洋輸送，并保存在深海沉積物中。近年來的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)資料顯示東亞冬季風(fēng)是亞洲風(fēng)塵向西北太平洋地區(qū)輸送的主要傳輸介質(zhì)。海洋沉積物具有沉積環(huán)境穩(wěn)定、沉積連續(xù)、時(shí)間跨度大、不受河流物質(zhì)影響等諸多優(yōu)勢(shì)，因此西北太平洋深海沉積物成為探索東亞冬季風(fēng)演化的理想研究材料。

圖1?DSDP 578巖心位置圖與北半球冬季大氣環(huán)流圖

研究人員首先基于地球化學(xué)和沉積學(xué)指標(biāo)的變化進(jìn)一步證實(shí)了DSDP 578巖心晚中新世沉積物記錄了可靠的東亞冬季風(fēng)攜帶風(fēng)塵輸入歷史。在此基礎(chǔ)上，為了提高冬季風(fēng)重建結(jié)果的可靠性，研究人員從風(fēng)力強(qiáng)度和源區(qū)風(fēng)化程度兩個(gè)角度，基于多指標(biāo)重建了晚中新世9.0Ma以來東亞冬季風(fēng)的演化序列（圖2）。新記錄顯示晚中新世期間東亞冬季風(fēng)具有顯著增強(qiáng)趨勢(shì)。中國(guó)黃土高原和東亞大陸邊緣海的部分已重建記錄也顯示出東亞冬季風(fēng)在晚中新世具有增強(qiáng)的特征�；贒SDP 578巖心的新記錄證明了晚中新世期間東亞冬季風(fēng)具有從內(nèi)陸到深海大洋的大空間尺度的增強(qiáng)特征。

圖2?DSDP 578巖心基于多指標(biāo)的東亞冬季風(fēng)演化記錄重建

在新記錄的基礎(chǔ)上，研究人員基于古氣候模擬系統(tǒng)評(píng)估了大氣二氧化碳下降、中亞造山帶和東北青藏高原隆升、南極冰蓋擴(kuò)張等因素對(duì)晚中新世東亞冬季風(fēng)的驅(qū)動(dòng)作用（圖3）。模擬研究發(fā)現(xiàn)，在上述因素中，大氣二氧化碳下降對(duì)晚中新世西北太平洋地區(qū)冬季風(fēng)的增強(qiáng)起主導(dǎo)作用（圖3b）。中亞造山帶和東北青藏高原隆升對(duì)東亞冬季風(fēng)的影響在內(nèi)陸地區(qū)較為顯著（圖3c）。盡管高原隆升在西北太平洋地區(qū)對(duì)冬季風(fēng)的促進(jìn)作用不如大氣二氧化碳下降，但其在亞洲季風(fēng)格局建立方面仍然發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，模擬還發(fā)現(xiàn)南極冰蓋擴(kuò)張對(duì)晚中新世西北太平洋地區(qū)東亞冬季風(fēng)的影響較弱（圖3d）。

圖3?古氣候模擬結(jié)果

該研究利用西北太平洋深海沉積物重建了高精度的晚中新世以來東亞冬季風(fēng)演化序列，為目前黃土高原和邊緣海地區(qū)已有的重建記錄提供了重要補(bǔ)充。新記錄極大程度地?cái)U(kuò)展了對(duì)晚中新世東亞冬季風(fēng)演化理解的空間尺度。同時(shí)，研究結(jié)合系統(tǒng)的古氣候模擬發(fā)現(xiàn)了大氣二氧化碳波動(dòng)在晚中新世東亞冬季風(fēng)大空間尺度增強(qiáng)中所發(fā)揮的關(guān)鍵調(diào)控作用。

研究成果發(fā)表于Science Advances（Qiang Zhang, Ran Zhang, Qingzhen Hao, Peter D. Clift, Andrew P. Roberts, Fabio Florindo,Qian Li, Jianxing Liu, Ze Liu, Ke Gui, Huizheng Che, Shuangchi Liu,Qingqing Qiao,Lixia Ju, Chunsheng Jin, Chuanzhou Liu, Qingsong Liu, Wenjiao Xiao, Zhengtang Guo. East Asian winter monsoon intensification over the Northwest Pacific Ocean driven by late Miocene atmospheric CO2 decline[J]. Science Advances, 2024, 10(25): eadm8270. DOI: 10.1126/sciadv.adm8270.）

編輯：萬鵬