寻找地质尺度的“温度计”和“湿度计” 揭开我国东部两万年以来的旱涝模态之谜

湖北日报全媒记者 张歆 通讯员 张宏斌 王俊芳

在现代，人们用温度计、湿度计实时观测气象，如果要观测万年前的古气候，科学家们就要找到地质尺度上的“温度计”和“湿度计”。

7月26日，湖北省科技大会上，中国地质大学（武汉）谢树成院士团队科研成果“长江中游两万年以来干湿古气候的演变规律与驱动机制”荣获省自然科学奖一等奖。该项目利用长江流域大量保存完好、跨越不同时代的洞穴石笋、泥炭和河湖沉积物等自然资源，原创了地质微生物、地球物理学的磁学参数等多个示踪干湿古气候变化指标。

湖北日报全媒记者了解到，由于缺乏可靠的代用指标，长江中游地区过去干湿状况的研究难度极大，成为研究亚洲季风演化极为关键但又最为薄弱的地区。在中国东部，氧同位素是运用最为广泛的古气候代用指标，通常认为降水量大时，氧同位素就偏负数。地质学家把氧同位素指标应用到我国东部古代气候研究时，发现华北、中部和南部降水量同步增加或减少。然而，现代气象观测显示，长江流域的干湿气候状况与我国华南、华北具有显著差别，即我国东部地区降雨的“三级模态”特征。

那么，“三级模态”到底是我国历史上的常态，还是斗转星移中一个短暂瞬间呢？谢树成院士团队通过泥炭沉积物中的好氧细菌藿类通量和洞穴石笋微量元素比值研究，发现在过去一万年前，长江流域的干湿气候状况与华南、华北也存在显著差别，也表现出明显的“三极模态”空间格局，团队进一步通过数值模拟揭示出北半球高纬度地区变冷导致西风急流南移、梅雨带在长江流域滞留时间延长的新机制，这项工作解决了古气候与现代气象观测长期以来存在的矛盾问题。团队还发现过去一万年以来，长江中游暴雨事件的发生具有明显的500年周期，这是由于厄尔尼诺等低纬因素，以及太阳活动周期变化等地外因素的影响。

此外，该研究还发现长江流域过去一万年干湿古气候变化对长江流域史前文化产生重要影响。分析发现，长江流域城背溪文化、大溪文化、屈家岭文化、石家河文化、夏-商文化、楚文化之间的更替，正好对应于泥炭湿地藿类通量指示的相对比较湿润的时期，也就是洪涝灾害频繁、旱涝急转的时期。古文化在湖北省境内的空间迁移也与干湿古气候变化有关：在比较湿润、洪涝灾害频发时期，古文化遗址主要出现在海拔比较高的地方；在相对偏干时期，古文化遗址则向江汉盆地等低地迁移。

据悉，此项研究历时约20年，带动了我国东部不同区域极端降雨以及驱动机制的研究。项目成果被《Science》单独撰文评述，建立的干湿曲线被大量转载，作为区域的典型序列、古气候模拟结果的对比依据。未来，团队计划将干湿古气候演变的时间序列不断向前推进，应用于更古老的地层，以解码过去、预测未来。