中国科学家发表大洋钻探新成果:斜率驱动41万年来热带辐合带的纬向移动

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中国科学家发表大洋钻探新成果:斜率驱动41万年来热带辐合带的纬向移动

近日,Nature Index(NI)期刊Geophysical Research Letters发表了西北大学地质学系、德国基尔大学和自然资源部第一海洋研究所共同合作的最新研究成果:Obliquity Induced Latitudinal Migration of the Intertropical Convergence Zone During the Past ∼410 kyr。研究人员以“国际大洋发现计划”(International Ocean Discovery Program, IODP)第363航次U1483(图1)钻孔岩芯沉积物为研究材料重建了过去41万年热带辐合带南缘的降雨记录

中国科学家发表大洋钻探新成果:斜率驱动41万年来热带辐合带的纬向移动

图1 研究站位(五角星)图

斜率作为地球轨道参数之一,调节大气顶部太阳入射量的纬向分布,影响全球大气环流。热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)是全球大气环流的关键组成部分,作为全球最强降雨带,控制着高低纬间降雨分配,影响全球近一半人口的生活。因此,解析地质历史时期斜率对热带辐合带的调控规律,对于预测未来气候具有重要价值。作为全球水汽交换最强烈区域,印度洋西太平洋暖池(简称“印太暖池”;Indo-Pacific warm pool, IPWP)缺乏高分辨率、长时间尺度降雨记录,导致斜率对热带辐合带的影响至今仍不清晰。

该研究对印-太暖池西南边缘U1483站钻孔岩芯沉积物中浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber壳体进行δ18O和Mg/Ca比值分析,重建了过去41万年热带辐合带南缘的降雨记录。与基于中国黄土重建的热带辐合带北缘降雨记录进行对比显示,热带辐合带南、北缘降雨在斜率周期上呈反相位变化(图2),表明过去41万年热带辐合带的纬向迁移受地球斜率支配

中国科学家发表大洋钻探新成果:斜率驱动41万年来热带辐合带的纬向移动

图2 热带辐合带南、北缘降雨记录对比

为了进一步揭示斜率对热带辐合带的驱动机制,该团队将上述降雨记录与南半球副热带锋线(Subtropical Front, STF)纬向迁移、非洲南部厄加勒斯流(Agulhas Current)泄露量、以及大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)强度等记录进行了对比,结合已有模型研究结果,发现斜率高(低)值时,南半球副热带锋线极向(纬向)迁移会造成厄加勒斯流泄露量增大(减少),从而使得大西洋经向翻转流增强(减弱),并诱发北大西洋海冰覆盖减少(增加),进而导致热带辐合带向北(南)迁移(图3)。该机制为深入认识高低纬海气联动提供了新范例

中国科学家发表大洋钻探新成果:斜率驱动41万年来热带辐合带的纬向移动

图3 斜率、南半球副热带锋线(STF)、大西洋经向翻转流(AMOC)、北大西洋海冰覆盖(SI)与热带辐合带(ITCZ)关系示意图

西北大学地质学系张鹏副教授为第一作者和通讯作者,徐建教授为共同通讯作者。该研究合作者包括德国基尔大学Ann Holbourn和Wolfgang Kuhnt教授以及自然资源部第一海洋研究所李铁刚和熊志方研究员。该研究由青岛海洋科学与技术试点国家实验室重大项目(2022QNLM050203)和国家自然科学基金项目(42176076、41776060和41830539)资助。

Zhang, P., Xu, J., Holbourn, A., Kuhnt, W., Xiong, Z., & Li, T. (2022). Obliquity induced latitudinal migration of the Intertropical Convergence Zone during the past ∼410 kyr. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL100039. https://doi.org/10.1029/2022GL100039

原文链接:Obliquity Induced Latitudinal Migration of the Intertropical Convergence Zone During the Past ∼410 kyr - Zhang - 2022 - Geophysical Research Letters - Wiley Online Library

该论文是近两年徐建教授团队以U1483站沉积物为研究材料发表的第二篇NI期刊文章,也是针对东印度洋海区水文和降雨主题发表的第三篇文章。其他两篇文章分别为:

1. Zhang, P., Xu, J., Beil, S., Holbourn, A., Kuhnt, W., Li, T., et al. (2021). Variability in Indonesian Throughflow upper hydrology in response to precession-induced tropical climate processes over the past 120 kyr. Journal of Geophysical Research: Oceans, 126, e2020JC017014. https://doi.org/10.1029/2020JC017014

Variability in Indonesian Throughflow Upper Hydrology in Response to Precession‐Induced Tropical Climate Processes Over the Past 120 kyr - Zhang - 2021 - Journal of Geophysical Research: Oceans - Wiley Online Library

2. Zhang, P., Xu, J., Holbourn, A., Kuhnt,W., Beil, S., Li, T., et al. (2020). Indo‐Pacific hydroclimate in response to changes of the intertropical convergence zone: Discrepancy onprecession and obliquity bands over the last 410 kyr. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 125, e2019JD032125. https://doi.org/10.1029/2019JD032125

Indo‐Pacific Hydroclimate in Response to Changes of the Intertropical Convergence Zone: Discrepancy on Precession and Obliquity Bands Over the Last 410 kyr - Zhang - 2020 - Journal of Geophysical Research: Atmospheres - Wiley Online Library