降水中的稳定同位素是研究地球水循环过程和重建古气候历史的重要指标。已有研究表明，石笋和其他沉积物记录的亚洲降水同位素在地质时期显示出明显的万年尺度（轨道尺度）周期性变化，但关于亚洲不同地区降水同位素变化所指示的气候学意义在科学界仍存在争议。

　　最近的一项研究在随时间变化的天文日射、大气温室气体含量和全球冰盖等气候强迫条件下，通过包含水稳定同位素过程的三维气候模式开展了晚第四纪（过去30万年）的长期瞬变模拟，揭示了中亚干旱区（55-70oE, 38-50oN）、南亚热带季风区（70-85oE, 10-25oN）和东亚副热带季风区（105-120oE, 25-35oN）轨道尺度降水氧稳定同位素比值（δ18Op）变化特征及其机制。结果发现这三个地区年δ18Op变化均表现出显著但不同步的2.3万年（岁差）周期。中亚雨季（11~3月）和南亚雨季（6~9月）δ18Op也具有显著的岁差周期，而东亚雨季（5~9月）δ18Op变化并没有表现出岁差周期（图1），说明中亚和南亚年δ18Op主要依赖于各自雨季的δ18Op，但东亚年δ18Op变化并不取决于其雨季δ18Op。

　　岁差引起的不同月份日射变化是造成中亚、南亚和东亚年δ18Op周期性非同步变化的根本原因（图2），但所涉及的物理过程不同。在年降水量由冬雨主导的中亚地区，雨季温度效应和西风环流的水汽输送被确定为连接10-2月北半球中纬度日射与中亚δ18Op的关键过程。在年降水量由夏季风主导的南亚地区，局地降水量效应和季风水汽δ18O的上游耗损是连接4-7月日射与南亚δ18Op变化的主要机制。而在副热带东亚季风区，岁差尺度的年降水同位素变化主要受季风后期（8-9月）和季风前（4-5月）与上游耗损过程相联系的水汽输送模式控制，而两者又分别由7-8月日射和全球冰量所驱动。

　　这些研究结果表明，亚洲不同地区轨道尺度δ18Op变化的气候意义强烈依赖于其所在的地理位置，是由日射引起的局地气候要素变化和区域环流型的综合作用所确定的。这项研究为深入理解亚洲降水同位素轨道尺度变化的形成机制和区域差异提供了新的认识。法国巴黎大学气候与环境科学实验室Gilles Ramstein教授为此文撰写了专题评论。

　　该研究受中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金项目资助，由中国科学院地球环境研究所、中国科学院地质与地球物理研究所及美国圣地亚哥大学的科学家合作完成。上述成果发表于National Science Review。

　　原文详见：Liu X.D., Xie X.X., Guo Z.T., Yin Z.Y., Chen G.S., 2022: Model-based orbital-scale precipitation δ18O variations and distinct mechanisms in Asian monsoon and arid regions, National Science Review, 9, nwac182.

　　文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac182

　　专题评论： Ramstein, G., 2022: Towards an enhanced interpretation of δ18O changes during the past 300 kyr over Asia, National Science Review, 9, nwac219.

　　评论链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac219

　　 

图1 中亚（左列）、南亚（中列）和东亚（右列）区域平均年均及雨季降水同位素（δ18Op）、降水（Precip）和气温（Temp）序列的功率谱分析

　　 

图2 模拟的过去30万年中亚（a）、南亚（b）和东亚（c）区域平均年降水氧同位素比值（δ18Op）与对应不同月份北半球日射（Inso）变化的时间序列，以及岁差波段同位素比值（d）与气候强迫因子（e）的相位关系