8月25日，西安交通大学全球环境变化研究院蔡演军教授团队联合国内外多家科研机构，在国际权威期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）发表题为“The moisture dynamics in arid Central Asia over the last 47,000 years: insights from the Speleothem Record”（石笋研究揭示过去47000年中亚干旱区水汽输送的动力学）的研究成果。研究建立了跨越过去约47000年的中亚干旱区精确测年、高分辨率石笋氧同位素（δ18O）记录，揭示了不同气候背景下西风带变化对区域水汽来源和输送路径的调控机制。
中亚地处欧亚大陆腹地，是全球典型的干旱—半干旱区，区域社会发展和生态安全高度依赖有限的水资源。受喜马拉雅山、帕米尔高原、兴都库什山和天山等高大地形阻挡，印度洋水汽难以大规模进入中亚，区域降水主要依靠西风环流输送。来自北大西洋、黑海、里海、地中海及西亚等源区的水汽可沿多条路径进入中亚，且其相对贡献会随西风带位置和强度的变化而发生调整。长期以来，不同地质记录对中亚过去湿度变化的趋势及其驱动机制存在不同认识，特别是中亚降水如何响应北方温带环流与南方副热带环流的变化，以及西风带调整如何重组区域水汽来源，仍缺乏长时间尺度、高精度记录的约束。
图1. 研究区位置、周边古气候记录分布及现代降水与环流特征。
为厘清中亚水汽来源及其长期演变，研究团队对采自乌兹别克斯坦东北部Zarkentsk洞和DeltaZ洞的8支石笋开展系统研究。基于百余个高精度铀系年龄和近4500个稳定同位素数据，团队建立了跨越过去约47000年的石笋δ18O合成序列。同时，研究结合现代水汽后向轨迹分析和现代同位素模拟、末次冰消期集成水同位素的连续瞬变模拟，以及末次冰盛期、中全新世和未来增暖情景下的全球气候模式试验结果的分析，解析了不同时期区域温度、降水同位素、水汽来源和输送路径之间的关系。
图2. 过去47000年Zarkent地区石笋δ¹⁸O记录及其与欧亚大陆和格陵兰冰芯记录的对比。
记录对比与模拟结果表明，在末次冰期较冷的气候背景下，中亚北部降水主要受到北方和西北方水汽输送影响，石笋δ18O总体上与北半球高纬地区的温度变化相联系。距今约17800年至14700年的海因里希冷期1（HS1）在石笋记录中表现清晰，其开始和结束时间与格陵兰冰芯记录基本一致。模拟结果进一步显示，在该冷期中亚年均温和冬季温度显著降低，降水δ18O也同步下降，表明与北大西洋经向翻转环流变化相关的北半球高纬降温，是该阶段中亚降水δ18O变化的重要控制因素，但水汽来源和降水季节性变化的影响仍不可忽略。相比之下，石笋记录对丹斯伽阿德—厄施格尔（Dansgaard/Oeschger，D/O）快速气候事件的响应较弱，这可能与中亚及周边地区温度变化幅度较小，以及西风带移动引起的水汽来源和降水季节性变化部分抵消温度效应有关。
在全新世，石笋δ18O在距今约8300年达到最低值，此后总体逐渐升高，其中距今约8400年至4200年的变化最为显著。研究认为，在冰期和中全新世相对较冷的冬季气候条件下，较强的南北温度梯度使西风带位置相对偏南，有利于来自北方和西北方的水汽进入研究区，其主要源区包括黑海、里海和部分地中海地区；至晚全新世和现代，随着南北温度梯度减弱以及冬季西风带北移，来自东地中海及西亚地区的南方和西南方气旋水汽贡献逐渐增强。现代同位素模拟也显示，中亚湿润年份通常伴随东地中海及西亚地区至中亚的水汽输送增强，以及输送路径沿线的净水汽输入增加，这表明区域降水量及其同位素组成受到水汽源区、输送路径和上游降水消耗过程的共同控制。
图3. 不同气候背景下西风带位置与中亚北部水汽源区变化关系示意图
该研究指示了中亚地区的水文气候变化不仅表现为降水量的增减，更反映了温带和副热带环流调整引起的水汽来源与输送路径重组。根据模拟结果，在未来增暖情景下，冬季西风带可能进一步北移，地中海风暴活动可能减弱，经西风输送至中亚的水汽随之减少，进而导致区域冬季降水下降。该研究为解释中亚不同古气候记录之间的差异，以及评估全球变暖背景下区域水资源变化提供了新的依据。
西安交通大学全球环境变化研究院蔡演军教授为论文第一作者和通讯作者，中国科学院地球环境研究所安芷生院士为共同通讯作者，西安交通大学为论文第一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金、崂山实验室科技创新项目、第二次青藏高原综合科学考察研究项目、西安交通大学青年拔尖人才支持计划和重点学科建设项目等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2537342123
