研究简介：

了解东亚夏季风（EASM）降水在不同时间尺度上的变化及其驱动机制至关重要，因为它可能对华北地区的生态系统和经济发展产生不利影响。本研究通过一个位于华北地区的高山湖泊的花粉记录，提供了过去约11860年EASM演变的详细图景，该记录具有约10年分辨率的定量降水重建。基于集合经验模态分解（EEMD）方法和频谱分析，我们揭示了全新世期间EASM降水的百年至多十年尺度变化及其可能的驱动机制。研究结果表明，全新世期间年均降水量（MAP）变化显著，最大降水（520毫米）出现在9500-5020校准年前（cal. yr BP），比现在高出约20%。在百年尺度上，EASM降水表现出约500年、200年、130年和105年的周期。约500年周期的振幅在全新世期间变化显著，早期和晚期较高，中期较低，可能与北大西洋淡水注入引起的海洋环流变化有关。在多十年尺度上，EASM降水主要受70-90年周期主导，可能与太阳活动周期以及高低纬度的海洋-大气相互作用有关。较弱（较强）的太阳活动，加上太平洋年代际振荡（PDO）暖相位期间较强的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）以及大西洋多年代际振荡（AMO）的负相位，导致印度-西太平洋暖池（IWPWP）区域的海表面温度（SSTs）降低（升高），从而导致EASM环流减弱（增强），华北地区的降水量减少（增加）。我们的发现为区分未来全球变暖情景下自然因素对EASM降水变化的贡献提供了重要启示。

图1 (a)东亚地图显示了牙子海湖及其他文中提及地点的位置。黄色虚线显示了季风的当前北界（Chen等，2010）。(b)研究区卫星图像显示了牙子海湖、公海湖和马营海湖的位置。(c)牙子海湖的全景照片以及湖芯YZH-2019的位置。EASM，东亚夏季风；ISM，印度夏季风。卫星图像来自http://www.earth.google.com。

图2 来自牙子海湖的湖芯YZH-2019的岩性及年龄-深度模型。(a)校准的14C年龄（蓝色，带2σ误差）和年龄-深度模型。深灰色阴影表示最可能的日历年龄，灰色点状线表示95%置信区间，红色曲线显示基于每个深度的中位数年龄的单一“最佳”模型。(b)用于生成灰度图的马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）迭代次数。(c)沉积物积累率（平均沉积物积累率为10年/厘米）的先验（绿色）和后验（灰色）分布。(d)记忆（沉积物积累率在相邻深度之间的依赖性）的先验（绿色）和后验（灰色）分布。

图3 过去11860年的湖芯YZH-2019的花粉百分比图（仅显示最丰富的花粉类型）。花粉组合区域（用实线表示）基于CONISS分析。

图4 (a)来自牙子海湖的湖芯YZH-2019的重建MAP时间序列以及11860-1200校准年前的EEMD分量。对于EEMD分解，添加了数据标准差0.2的噪声进行集合计算，集合数量为100。还显示了IMF 2-5的总和。(b)基于周期图法的湖芯YZH-2019的IMF 2-5及其周期性的频谱分析结果。(c)基于Redfit法的湖芯YZH-2019的IMF 2-5及其周期性的频谱分析结果。(d)基于多锥法的湖芯YZH-2019的IMF 2-5及其周期性的频谱分析结果。

图5 来自牙子海湖的重建MAP的IMF 2-5信号的时间序列和频谱分析结果以及其他全球气候记录。(a)总太阳辐射（TSI）（Steinhilber等，2009）。(b)残差Δ14C（Stuiver等，1998）。(c)牙子海湖的重建MAP（本研究）。(d)Ecuador Laguna Pallcacocha湖的红色强度（Moy等，2002）

  研究结论：

§ 东亚夏季风降水的长期变化特征：全新世期间华北地区东亚夏季风（EASM）降水的年均降水量（MAP）变化显著，最大降水（520毫米）出现在9500-5020校准年前（cal. yr BP），比现在高出约20%。早全新世（11860-9500 cal. yr BP）MAP为360-570毫米，多年平均值为460毫米；中全新世（9500-5020 cal. yr BP）增加到480-580毫米，多年平均值为520毫米；晚全新世（5020-1200 cal.yr BP）逐渐减少到400-550毫米，多年平均值为500毫米；1200 cal. yr BP之后，MAP急剧下降到330-470毫米，多年平均值为380毫米，可能与人类活动的影响有关。

§ 百年尺度周期变化：EASM降水在百年尺度上表现出约500年、200年、130年和105年的周期。其中，约500年周期的振幅在全新世期间变化显著，早期和晚期较高，中期较低。该周期可能与北大西洋淡水注入引起的海洋环流变化有关。北大西洋深层水（NADW）的振荡与大西洋深层水通风的突然崩溃有关，这由冰川融水注入事件引起。融水增加会降低北大西洋表层海水的盐度和密度，进而触发大西洋经向翻转环流（AMOC）的不稳定性，导致深层水形成、上升流和向北热量输送减少，间接影响EASM。

§ 多十年尺度周期变化：EASM降水主要受70-90年周期主导，在中全新世较强，早全新世和晚全新世较弱。太阳活动是EASM降水在多十年尺度变化的基本驱动力，与海洋-大气耦合过程密切相关。较弱（较强）的太阳活动，加上PDO暖相位期间较强的ENSO以及AMO的负相位，会导致IWPWP区域的海表面温度（SSTs）降低（升高），从而减少（增加）热带太平洋的东-西热量输送，导致EASM环流减弱（增强），进而使EASM地区的降水量减少（增加）。

§ 记录对比与一致性：牙子海湖的MAP重建记录与相邻的公海湖的花粉和重建降水记录、马营海湖的花粉记录以及马沟洞的石笋氧同位素记录相一致，均表明在中全新世EASM强度逐渐增强，流域降水增加，湖水水位升高。EASM降水的变化与赤道辐合带（ITCZ）的位置变化、高纬度冰盖的范围变化以及北半球夏季日照变化有关。早全新世北半球夏季太阳辐射较高，但广泛的冰盖阻碍了ITCZ的北移，削弱了EASM环流，减少了季风区的降水；而中全新世北半球冰盖范围减小，ITCZ北移，EASM强度达到最大，导致气候相对温暖湿润，降水最多，森林发育显著。

§ 论文链接：Wang, D., Xu, Q., Sun, Y., & Zhang, S. (2025).Centennial to multidecadal scales variability of East Asian summer monsoonprecipitation in North China during the Holocene. Global and Planetary Change,245, 104692. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104692