青藏高原对8.2千年冷事件期间亚洲夏季季风降水变化的影响

《Global and Planetary Change》：Effect of the Tibetan Plateau on Asian summer monsoon precipitation variability during the 8.2?ka cold event

　　

周子宇|沈振宇|周凯宇|于文敏|陈志峰|张晓健

南京大学地理与海洋科学学院，关键地球物质循环前沿科学中心，中国南京210023

摘要

尽管亚洲夏季季风（ASM）对8.2千年前冷事件有显著响应，这是全新世期间最明显的气候突变之一，但驱动这些变化的机制仍不完全清楚。本研究利用北大西洋淡水输送模拟来探讨这一问题，重点关注青藏高原的调节作用。我们的模拟结果显示，在8.2千年前冷事件期间，由淡水输送引起的北大西洋经向翻转环流（AMOC）减弱导致ASM强度下降。ASM减弱的特点是南亚地区降水量普遍减少，同时东亚地区出现“??+??”型的降水异常模式（中国中部降水量增加，而北部和南部降水量减少）。ASM降水异常是由南亚、中国北部和南部的异常下沉以及中国中部的异常上升气流所驱动的。这些垂直气流异常与青藏高原上空的异常高空反气旋密切相关，该反气旋在高原西侧引发西南风异常，在高原东侧引发西北风异常。这种高空反气旋主要源于北大西洋冷却引发的罗斯贝波列向东传播。地表变暖进一步增强了青藏高原上的异常反气旋。地表变暖主要是由于北大西洋冷却导致冬季和春季降雪量减少所致。因此，青藏高原在8.2千年前冷事件中对ASM降水异常具有重要影响。

引言

高分辨率气候记录表明，温暖的全新世时期存在千年尺度上的快速气候变化（Bond等人，2001年；Marsicek等人，2018年）。8.2千年前冷事件持续了大约165年，被认为是全新世期间最强烈的突发气候事件（Thomas等人，2007年；Parker和Harrison，2022年）。这一事件是由北美冰坝湖泊的突然排水引发的，导致大量淡水流入北大西洋，进而使北大西洋经向翻转环流（AMOC）减弱（Hijma和Cohen，2010年；Carlson和Clark，2012年；Li等人，2012年）。AMOC的减弱导致北大西洋及周边地区显著降温，并通过一系列大气和海洋过程影响了全球气候系统（Morrill等人，2013年）。

亚洲夏季季风（ASM）包括东亚夏季季风（EASM）和南亚夏季季风（SASM）两个子系统，是控制南亚和东亚降水变化的主要大气系统（Wu等人，2012年）。多项代用指标表明，8.2千年前冷事件期间ASM对AMOC减缓产生了远距离且快速的响应（McKay等人，2024年）。南亚在8.2千年前冷事件期间经历了急剧干燥，这从拉豪尔喜马拉雅山脉Chandra泥炭中灌木花粉的急剧减少（Rawat等人，2015年）、印度北部Riwasa湖的硬地面形成（Dixit等人，2014年）以及印度中部Lonar湖水位下降（Menzel等人，2014年）等代用指标中得到证实，表明SASM突然减弱。8.2千年前冷事件期间SASM的突然减弱还体现在西藏高原南部天门洞石笋的δ¹⁸O值升高（Cai等人，2012年）和西藏高原中部Zangser Kangri冰芯的水δ¹⁸O值升高（Pang等人，2024年）上。同时，中国北部和南部在8.2千年前也经历了突然的干旱事件（Wang等人，2016年；Zhang等人，2022a）。相比之下，中国中部可能在8.2千年前由于降水量增加而频繁发生洪水（Zhu等人，2017年）。这种“??+??”型的降水异常（中国中部降水量增加，而北部和南部降水量减少）表明8.2千年前EASM突然减弱（Chen等人，2023年）。总体而言，AMOC的减缓引发了8.2千年前冷事件期间ASM的突然衰退。

ASM对AMOC减缓的远距离响应主要通过两条大气途径实现。第一条途径是热带路径，涉及热带辐合带（ITCZ）的迁移（Schneider等人，2014年；Renssen等人，2018年；Orihuela-Pinto等人，2022年；Ben-Yami等人，2024年）。AMOC的减缓减少了来自南半球和热带地区的热量输送，导致北半球中高纬度地区异常降温，而热带和南半球地区异常升温（Schneider等人，2014年；Renssen等人，2018年）。这种异常的经向温度梯度导致ITCZ向南迁移，进而使SASM减弱（Schneider等人，2014年；Renssen等人，2018年）。

第二条途径是中纬度路径，涉及西风急流的位移。AMOC减弱也导致西风急流向南移动（Zhang等人，2018年；Sun等人，2012年；Wu等人，2022年；Chen等人，2023年）。西风急流在中国中部引起上升气流，在中国南部和北部引起下降气流，导致EASM减弱，同时中国中部降水量增加，而南部和北部降水量减少（Chen等人，2023年）。此外，AMOC引起的北大西洋冷却触发了一条穿过中纬度欧亚大陆的向东传播的波列，导致EASM减弱（Wu等人，2022年）。由于AMOC减缓，欧亚大陆与北太平洋之间的陆海温差减小，也削弱了EASM（Wu等人，2022年）。

以往的研究主要强调ASM对AMOC减缓的直接响应。然而，代用指标和气候模拟表明，内部反馈可能调节并放大了ASM对AMOC减缓的响应（Chen等人，2023年；Zhang等人，2025a，Zhang等人，2025b）。这表明ASM的远距离响应可能起到了传递和放大AMOC影响的作用。ASM是一个涉及多种相互作用复杂的气候系统（Wu等人，2012年）。ASM的演变受到青藏高原通过热力和机械过程的密切调节（Wu等人，2012年；Fallah等人，2016年）。同时，青藏高原与AMOC之间存在紧密联系（Fallah等人，2016年；Yang等人，2024年；Yu和Zhang，2025年；Zhang等人，2025a）。特别是亚洲副热带西风急流的迁移，这是AMOC在ASM中的作用的关键机制（Zhang等人，2018年；Sun等人，2012年；Wu等人，2022年；Chen等人，2023年），与青藏高原的加热密切相关（Kuang和Zhang，2005年；Sha等人，2020年）。因此，本研究旨在探讨青藏高原在8.2千年前冷事件期间ASM对AMOC远距离响应中是否起到了中介作用。通过人工改变青藏高原地形进行敏感性模拟是探索高原在不同时间尺度上的气候效应的有效方法（Sun和Liu，2021年；Yang等人，2024年）。因此，我们在不同的青藏高原地形情景下进行北大西洋淡水输送模拟，以探讨8.2千年前冷事件期间ASM对AMOC减缓响应的机制。

章节摘录

方法

本研究使用国家大气研究中心（NCAR）开发的完全耦合的地球系统模型Community Earth System Model 1.2（CESM1.2）进行气候模拟（Hurrell等人，2013年）。选定的子模块及其对应的CESM1.2版本包括大气模块Community Atmospheric Model 4（CAM4；Neale等人，2013年）、陆地模块Community Land Model 4.0（CLM4.0；Lawrence等人，2011年）等。

AMOC对北大西洋淡水强迫的响应

8.2千年前冷事件的发生是由AMOC减弱引发的（Morrill等人，2013年）。AMOC的强度由北向经向输送函数表示（单位：Sv；1 Sv = 10⁶ m³/s），通常定义为北大西洋（20°?–?70° N）500米以下深度范围内的输送函数的最大值（Chen等人，2023年）。在Exp_8.2 ka模拟中，年平均最大北向经向翻转流函数达到

总结与讨论

本研究利用CESM1.2在北大西洋淡水强迫条件下对8.2千年前冷事件进行气候模拟。我们分析了ASM降水异常对8.2千年前冷事件的响应机制，特别关注青藏高原的作用。模拟结果表明，8.2千年前冷事件导致AMOC显著减弱，进而抑制了ASM。SASM降水量呈现持续下降趋势，而EASM降水量

CRediT作者贡献声明

周子宇：撰写——初稿、可视化、调查、正式分析。沈振宇：撰写——初稿、验证、调查。周凯宇：撰写——初稿、验证、调查。于文敏：撰写——初稿、验证、调查。陈志峰：撰写——初稿、验证、调查。张晓健：撰写——初稿、可视化、监督、软件、方法论、资金获取、正式分析、概念化。

未引用参考文献

Yihui和Chan，2005

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本文中的数值模拟是在南京大学的高性能计算中心（HPCC）完成的。我们感谢国家自然科学基金（资助编号：42171152）和‘GeoX’关键地球物质循环前沿科学中心跨学科项目（资助编号：20250204）的支持。