极端天气事件（如暴雨、台风等）发生时间较短（天-小时尺度），却危害巨大，是气候变化研究中的重点问题之一。但有限的器测资料制约了人们对极端天气事件的理解和气候模式的校验，全球变暖下未来极端天气事件发展趋势预测也因此成为最新IPCC报告中的重点和难点问题之一。古气候资料是对现代器测资料的重要补充，但传统古气候研究分辨率通常较低（月或更低），只能重建季节或年以上的平均气候变化，难以研究发生在天-小时尺度的极端天气事件，古天气研究也因此一直无法取得有效突破。

　　中科院地球环境研究所研究团队近年来一直致力于开拓古天气研究新方向，前期结合激光共聚焦显微镜（CLSM）和纳米离子探针（NanoSIMS），已利用南海砗磲天纹层，开发了多个天-小时分辨率代理指标记录，实现了对台风、寒潮、MJO（热带季节内振荡）等南海北部极端天气事件的重建，并据此提出了古天气研究新方向（Paleoweather）。近期，研究人员进一步将古天气研究拓展到了陆地区域，利用黄土高原陆生蜗牛壳体，建立了天-周分辨率的蜗牛壳体氧同位素(δ18Os)序列，并实现了对区域天气尺度降水事件的一对一定量重建。

　　研究人员选择分布广泛的条华蜗牛(Cathaica Fasciola (Draparnaud, 1801) )作为研究对象，利用离子探针（SIMS 1280 HR）对其进行超高分辨率δ18Os分析，其中~30微米获得一个δ18Os数据，分析表明每个数据点相当于一天的分辨率。同步观测的降水相关数据与超高分辨率δ18Os数据的对比发现，蜗牛壳体δ18Os记录与观测的降水量及降水氧同位素的波动极其相似，氧同位素记录均表现出从2020年4月到9月逐渐偏负的特征；且在细节上，δ18Os的六次显著偏负的波动，也与六次降水增加的时间相对应。这些证据都表明蜗牛壳体记录了天气尺度的降水信息(包括降水量和降水氧同位素)。进一步的分析表明，2020年4月到9月蜗牛壳体δ18Os六次偏负波动的绝对值，与期间六次降水的降水量显著相关，表明蜗牛壳体δ18Os的偏负波动还有潜力定量重建天气尺度降水事件的降水量。

　　该项研究表明黄土高原蜗牛壳体超高分辨率δ18Os记录有潜力用于定量重建区域古降水事件，是优良的陆地古天气研究载体。鉴于我国黄土地层中广泛存在保存完好的蜗牛壳体，该方法的建立为利用蜗牛壳体重建黄河流域古极端降水事件状态和变率奠定了基础。研究团队已采集了大量第四纪不同气候背景下的蜗牛壳体，正在开展进一步的古天气重建工作。

　　相关研究成果发表在国际地球化学领域顶级期刊Geochimica et Cosmochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.04.015)。本研究由地环所、西安地球环境创新研究院和广州地化所的多位研究者共同完成的。其中，论文第一作者为地环所董吉宝副研究员，长期从事蜗牛古气候研究，以第一作者在《Geochimica et Cosmochimica Acta》、《Chemical Geology》、《Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology》等期刊发表了多篇蜗牛古气候研究论文。通讯作者为晏宏研究员，是地环所古天气研究团队负责人，团队在国际上率先提出了古天气研究的概念和范畴。

　　Ultra-high resolution δ18O of land snail shell: a potential tool to reconstruct frequency and intensity of paleoprecipitation events.

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703722001983

　　 

　　图1. (A)条华蜗牛Cathaica fasciola；(B) SIMS获得的蜗牛壳体超高分辨率δ18O序列。

　　两个蜗牛壳体分别采自2020年4月25日和9月16日； 4月25日之前的两个蜗牛壳体δ18O序列较为一致，表明不同壳体之间δ18O具有较好的可重复性，其中的跳跃性变化指示蜗牛从冬眠中复苏；4月25日至9月16日共145天时间，获得δ18O数据185个，数据的平均分辨率达到0.78天。

　　

　　图2. 蜗牛壳体天分辨率δ18O序列与同期器测降水量和相对湿度的对比。

　　每一次δ18O的负偏均对应一次降水事件。 (A)紫色点线为超高分辨率δ18O序列，粉色实线为平滑结果；(B) 绿色实线为器测逐日相对湿度序列，黑色虚线代表蜗牛活动的相对湿度阈值(70%)；(C) 蓝色柱状图代表器测逐日降水量。