自末次冰盛期以来，中国北部的马连洼湖记录了两次重要的气候转变

《Quaternary Science Reviews》：Two major climatic transitions recorded in the Lake Malianwa, northern China, since the last glacial maximum

东亚季风气候的长期演变及其驱动机制研究。基于内蒙古Malianwa湖沉积序列的粒度与颜色分析，重建了末次冰期以来（约26000年前）北方中国环境变化，揭示了约2万年和6000年两个重大气候转折。研究指出这些转折与AMOC的1500年振荡减弱相关，同时受高纬度海洋-大气耦合影响，涉及太阳辐射增强、ENSO变异性和北极放大效应等驱动因素，为当前全球变暖下的快速气候转型提供了关键科学依据。

　　

文琴|杨振宇|田芳|王西生|袁伟

首都师范大学资源环境与旅游学院，北京，100048，中国

摘要

理解东亚季风（EAM）在不同时间尺度上的变化性和驱动机制对于预测未来气候变化和生态系统演化至关重要。本研究通过对马连洼湖沉积物序列的粒度和色度分析，重建了中国北方过去约26,000年的环境变化，为末次冰盛期（LGM）以来的古气候演化提供了新的见解。大约20,000年前和6,000年前发生的两次重大气候转变与约1500年周期的减弱密切相关，这可能反映了大西洋经向翻转环流（AMOC）内部振荡在调节东亚冬季季风（EAWM）强度方面的影响。末次冰盛期时期的转变（约20,000年前）主要是由北半球夏季太阳辐射增加引起的，这加速了劳伦蒂德冰盖的融化，增强了东亚夏季季风（EASM），并减弱了EAWM。相比之下，中全新世时期的转变（约6,000年前）与温室气体浓度的上升、厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation）变异性的增强以及相关的北极放大效应密切相关，导致EASM和EAWM同时减弱。这些发现突显了高纬度海洋-大气耦合在调节跨赤道能量传输和塑造EAM系统热力学及动力学结构中的关键作用，为当前全球变暖下的快速气候转变提供了重要见解。

引言

理解过去的气候变异性及其驱动机制对于预测未来的环境变化及其社会影响至关重要。作为北半球最强烈的大气环流系统，东亚季风（EAM）不仅支配了中国东部独特的“同时降雨和温暖”的气候特征（An等人，2000年），还通过水分传输的时空再分配，深刻影响了该地区20多亿人的农业生产、水资源管理和生态安全（Piao等人，2010年；Tao和Zhang，2013年）。因此，在全球变暖背景下，研究EAM的长期变异性及其驱动机制具有重要意义。

自末次冰盛期（LGM）以来，EAM区域经历了多次气候转变，这些转变表现为从一个准稳态跃迁到另一个稳态，并且在转变后新的状态持续了一千多年（Brovkin等人，2021年）。触发气候转变的驱动机制尚不清楚，一直是古气候研究的焦点。以中全新世时期的转变（约6,000年前）为例，对其机制有多种解释，例如与长期夏季太阳辐射变化相关的陆地表面与海洋之间的热梯度变化（Jiang等人，2012年；Goldsmith等人，2016年；Hou和Wu，2021年）、热带辐合带（ITCZ）向南移动以及由太阳活动变化引起的高纬度北半球大气环流的增强（Hong等人，2003年；Cai等人，2012年；Steinhilber等人，2012年），以及北大西洋涛动（NAO）正相位引起的跨大陆尺度的气候链响应（Wu等人，2023年）。因此，进行更高分辨率的研究对于探索突发气候转变的确切驱动机制至关重要。

最近的研究表明，地球气候系统的周期性变化与不同时间尺度上主导周期的交替密切相关。Wu等人（2019年）的古气候重建表明，在中全新世时期，大约6,000年前后的百年尺度上，由于太阳输出的变化，500年的周期显著增强，这通过加强热带太平洋的空气-海洋相互作用，导致厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件的频率和强度逐步增加。基于花粉的降水重建显示，在多十年尺度上，中全新世时期70-90年的太阳活动周期显著影响了EAM区域的水汽传输模式，从而改变了区域气候（Wang等人，2025年）。在千年尺度上，Bond等人（1997年）确认了北大西洋沉积物中记录的约1500年周期与大西洋经向翻转环流（AMOC）内部振荡之间的密切联系。AMOC通过“海洋输送带”机制重新分配全球热量，其周期性波动导致中纬度、高纬度和低纬度气候系统的耦合响应（Srokosz等人，2012年；Mohtadi等人，2014年；Buckley和Marshall等人，2016年；Trenberth和Fasullo，2017年；Boers，2021年；Caesar等人，2021年）。海洋环流与大气之间存在多种反馈机制，也影响AMOC的稳定性（Weijer等人，2019年），例如轨道参数的周期性调整（Ganopolski和Rahmstorf，2001年；McManus等人，2004年）、温室气体（CO₂、CH₄）浓度的阶段性变化以及冰盖的反馈效应（Shakun等人，2012年）。因此，系统地分析AMOC振荡过程及其驱动机制可能为多时间和空间尺度驱动因素及其区域气候响应模式提供关键约束。

为了研究在EAM影响下的气候转变及其驱动机制，我们选择了中国北方季风边缘带内的小型封闭湖泊，以重建自末次冰盛期以来的区域环境演化和EAM振荡周期。通过整合沉积学指标（粒度与色度），构建了一个高分辨率的环境序列，揭示了受EAM影响区域对冰期-间冰期循环气候转变的响应特征。基于小波分析和光谱分析，我们在沉积循环中识别出千年尺度的周期性信号，并阐明了EAM与AMOC振荡之间的联系，这可能为全球气候的跨纬度响应机制提供重要参考。

研究区域

马连洼湖位于内蒙古高原、燕山山脉和中国北方平原之间的过渡生态带，坐标为41.31°N，114.24°E，海拔1391米（图1A），处于EAM和大陆性气候系统的交汇处，属于半干旱气候区（Ma和Wu，2009年），属于巴商草原生态系统（Bashang Grassland）。该湖泊的面积为0.57平方公里，集水面积为39平方公里。

岩性和年代学

根据岩性特征，马连洼湖的岩心从上到下可以分为八个不同的岩性单元，深度以剖面顶部为基准（单位：厘米）：0–57：黑色淤泥；57–307：黑色至深蓝绿色粘土；307–322：深绿色沙质土壤；322–402：蓝绿色至深绿色粘土；402–412：深绿色沙质土壤；412–448：灰色粘土；448–457：灰色粘土和沙子的互层；457–474：灰色粘土。

应用最小二乘线性回归方法进行了分析

所用指标的环境表征

最细粒成分（EM3）在两个时间段（26,000-22,000年前和6,000-2,000年前）显示出升高的值，与粘土含量记录紧密匹配。EM3主要是通过悬浮沉积形成的（Vyse等人，2020年），可能代表了湖泊系统的原生细粒背景成分。由于没有流入和流出的河流，该湖泊相对封闭，沉积物供应主要由风成作用提供。细粒组分（EM2）在整个研究期间保持较高水平

结论

来自中国北方一个小型封闭湖泊的高分辨率、多指标记录为过去约26,000年的EAM系统演化提供了新的见解。大约20,000年前和6,000年前发生的两次重大气候转变通过沉积指标的同时变化得到证实，包括L?的升高、a?和b?值的下降以及粒度的增加。这些变化伴随着约1500年沉积周期性的同时减弱。我们将这些变化归因于

作者贡献

文琴：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法论，调查，正式分析，数据管理。杨振宇：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理。田芳：撰写——审稿与编辑。王西生：撰写——审稿与编辑，资金获取。袁伟：撰写——审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

我们衷心感谢编辑Rioual教授和两位匿名审稿人的建设性和鼓励性评论和建议。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42474101）的支持。我们非常感谢Xianyong Cao和Kaixiu Zhang在野外工作中的帮助。