中国黄土高原西部和北部的黄土沉积，沉积速率高、成壤作用弱，具有记录轨道-千年尺度季风变化的独特优势。中国科学院地球环境研究所孙有斌研究员团队在黄土高原选取了5个高沉积速率的黄土记录，包括黄土高原西部古浪、靖远和临夏的黄土岩心，北部的定边及东南部的邙山黄土剖面(图1)，通过获取高分辨率的粒度和磁化率变化序列，探讨了东亚季风在轨道和千年时间尺度上的变化特征和机理。

　　图1. 黄土高原高沉积速率黄土记录分布图

　　通过将黄土粒度(冬季风代用指标)与洞穴石笋δ¹⁸O(夏季风代用指标)进行匹配，建立了640 ka以来基于洞穴石笋年代的中国黄土-古土壤序列发育的新时间标尺。五个高分辨率黄土粒度变化序列表明，冬季风变率在冰期-间冰期至千年尺度上具有空间一致性，具有明显的岁差和千年尺度波动(图2)。

　　由于受沉积速率和风化成壤的不同影响，磁化率变化幅度和频率在空间上存在一定差异。来自黄土高原中部的磁化率记录表现出显著的冰期-间冰期波动，在古土壤S_5-1 (相当于MIS13)显著增加。然而，在黄土高原西部，高沉积速率黄土序列的磁化率记录在间冰期古土壤层内显示出显著的岁差波动，磁化率显著增加出现在S₄或S₃。

　　图2. 高沉积速率黄土记录的磁化率、粒度变化及其与洞穴石笋δ¹⁸O对比

　　黄土高原西部三个黄土岩心的粒度结果表现出一致的冰期-间冰期和千年尺度波动，将三个粒度序列进行等间距内插和平均后，获得过去640 ka黄土平均粒径变化序列，为深入讨论岁差-千年尺度冬季风变化提供新参考。依据黄土粒度与深海氧同位素及轨道参数的交叉频谱分析结果，量化了冰量和太阳辐射对轨道尺度冬季风波动的相对贡献。

　　将黄土和石笋代用指标的高频组分(<9 kyr)与北大西洋和冰芯记录进行比(图3)，发现冰期时段千年尺度突变事件是持续存在、空间可比的；但在间冰期时段，各记录显示的气候突变事件强度和数量差异较大，表明在不同冰期和间冰期边界条件下，气候突变的驱动力可能存在差异。

　　图3. 黄土、石笋、冰心和北大西洋沉积记录的千年尺度事件对比

　　通过多个记录的整合对比，认为中国黄土具有揭示千年尺度季风变化的巨大潜力。未来季风快速变化研究应聚焦千年尺度温度和降水波动的分离和量化，深化记录与模拟的对比以揭示轨道-千年尺度季风协同变化的机理。

　　该研究受科技部重点研发项目(2016YFA0601902)、中科院先导B专项(XDB40000000)和基金委杰出青年基金(41525008)等项目资助，近期发表于国际学术刊物Earth-Science Reviews上 (Sun,Y.B., Clemens, S.C., Guo, F., Liu, X.X., Wang, Y., Yan, Y., Liang, L.J., 2021. High-sedimentation-rate loess records: A new window into understanding orbital- and millennial-scale monsoon variability. Earth-Science Reviews 220, 103731)。

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103731

　　数据链接：https://doi.org/10.12262/ieecas.eapsd2021002