今日，西安交通大学人居学院、全球环境变化研究院同位素实验室团队，联合英国南极调查局、中国科学院青藏高原研究所、中国科学院地球环境研究所、南京师范大学、中国石油勘探开发研究院、云南师范大学以及丹麦、奥地利等多国研究团队，在《Nature Communications》发表了题为“北半球西风带变化调控的东亚季风区间冰阶的多样性”的研究论文（Interstadial diversity of East Asian summer monsoon linked to changes of the Northern Westerlies）。研究揭示了末次冰期东亚季风区降水氧同位素（δ18O）对北半球西风带位置变化的敏感性差异，为理解千年-百年尺度气候突变事件的区域响应机制提供了新见解。
东亚夏季风是维系数十亿人生产生活的重要气候系统。尽管冰期时段东亚夏季风的变率已被证实与Dansgaard-Oeschger（DO）事件等气候突变密切相关，但北半球西风带在调控该区水汽输送路径及降水同位素组成方面的作用机制仍不明晰。尽管现有研究分析了西风带与东亚降水δ18O的关系，但其分析聚焦于年际尺度，既未涵盖中国东南，也未涉及冰期千年尺度的气候变化。值得注意的是，现有研究尚未系统比较长、短间冰阶（分别对应稳定暖期和瞬态增温与这两种不同的热力特征）的水文气候响应差异。这限制了对不同经向温度梯度下季风系统响应过程的理解。目前高分辨率古气候记录的匮乏——特别是针对短DO事件的记录——进一步阻碍了评估西风急流对区域水汽来源及δ18O影响的能力。
基于48个U-Th年代、约1650组同位素数据，研究团队分析了来自中国神农宫洞、七星洞、啸天洞以及印度Bittoo洞等地的末次冰期石笋δ18O记录，发现短持续时间（约100年）的DO事件（如DO-15.1）期间，中国东南地区δ18O的变化幅度显著小于长持续时间（千年尺度）事件，而印度季风区则未表现出此类差异（图1, 2）。
图1 海洋沉积记录、格陵兰冰芯记录和不同季风区石笋记录的对比
图2 MIS 3期间印度和东亚夏季风区石笋记录，格陵兰冰芯记录的对比 图中红色虚线框表示超长间冰阶的初始“过冲”阶段
团队利用包含同位素变化的气候模型（COSMOS-wiso）[1,2]重现了石笋δ18O记录揭示的空间异质性（图3b-d），发现短DO事件期间，北大西洋高纬度地区因次表层热量的释放出现了幅度更大的增温，推动西风带进一步北移。这一变化促使西太平洋副热带高压向西北扩展，将更多来自近源（西太平洋）的水汽（δ18O偏重）输送至东亚，从而抑制了降水同位素的变负（图4）。相比之下，印度夏季风主要受热带过程主导，水汽来源相对稳定，因此对不同持续时间的DO暖事件响应一致。该研究提出的新机制不仅能解释长、短间冰阶的差异，还解释了长间冰阶内部的特征—特别是初始“过冲阶段”与后续时期的演变特征。在该研究的理论框架下，长间冰阶过冲阶段中国东南地区的石笋δ18O值应当偏重，对应于西风带的显著北移，这一推断与中国东南仙云洞的记录吻合：在DO-8、DO-12和DO-14事件的过冲阶段，δ18O值均系统性地高于各事件后续时期（图2c）；而印度季风区Bittoo洞记录则显示二者差异微弱（图2d）。上述证据表明：驱动西风带北移的关键因素并非间冰阶的持续时间，而是高纬度地区变暖的程度。
图3 模拟的DO暖事件期间的水文气候变化 图（d）：北半球西风带对亚洲季风区降水δ18O变化的调控作用，通过δ18O变化的比值来量化：（间冰阶减去过冲阶段）/（间冰阶减去冰阶）。在亚洲季风核心区，正值表示受西风带位置显著影响的区域：比值趋近1，表明在冰阶向短间冰阶或长间冰阶的过冲阶段（overshoot phase）转型期间，西风带的进一步北移导致降水δ18O变负的程度减弱；而比值接近0则表明间冰阶与冰阶的δ18O变幅受西风带的位置影响很小。图中五角星表示各洞穴的位置。
图4 持续时间不同的暖事件期间北半球西风带和东亚水汽传输的示意图
研究还通过石笋δ18O–冰芯[Ca2+]匹配方案[3]，改进了MIS 3早期格陵兰冰芯的时序框架，提出在55–56 ka BP期间，格陵兰GICC05时序需要整体移动+230年，以匹配U-Th时序。基于统一的时序框架，结合本研究重建的南美亚马逊地区的石笋记录（图1g），及其与全球气候记录的综合对比，表明大西洋经向翻转环流（AMOC）在千年和百年事件期间均发挥了重要作用。
该研究表明：中国东南地区是研究千年-百年尺度事件期间东亚夏季风-西风带相互作用的关键区域，而印度和中国西南地区是研究热带对AMOC直接响应的关键区域（图3d）。该研究进一步指出：千年和百年尺度事件期间西风带的移动并非是简单的二元模式（间冰阶一律北移，冰阶一律南移）。实际上，其响应呈现连续变化的特征，与高纬度增温的程度密切相关。这种动力学特征揭示了气候突变事件背后大气动力学过程的复杂性。
未来研究需建立更多高分辨率古气候记录，并充分考虑高低纬度温度梯度的变化对东亚水文气候演变的影响。最后需要强调的是，虽然全球季风系统对DO事件的整体响应在大尺度范围内表现总体一致，但不同的季风子系统间仍存在细微差异。因此，在研究某些海洋和大陆气候系统时，除分析大区域的整体特征以及对多个事件进行集成分析外，还有必要解析单个事件的气候特性。
西安交通大学助理教授董西瑀为本文第一作者，西安交通大学程海教授、英国南极调查局张旭研究员、西安交通大学张海伟教授为本文通讯作者。其他主要作者包括中国科学院青藏高原研究所博士生张宇翱、丹麦哥本哈根大学Sune O. Rasmussen教授、西安交通大学蔡演军教授、博士生张瑞、黄守毅，Carlos Pérez-Mejías副教授，中国科学院地球环境研究所Kathayat Gayatri研究员，南京师范大学刘殿兵教授等。本研究得到了国家自然科学基金42488201，国家重点研发计划2023YFF0805201，国家自然科学基金42261144753、42150710534、41972186、423B2204，42003006，中国科学院战略性先导科技专项（XDB 40010203）以及黄土科学全国重点实验室（筹）主任基金SKLLQGZR2401的资助。
参考文献：
[1] Zhang, X. et al. Direct astronomical influence on abrupt climate variability. Nat. Geosci14, 819-826(2021).
[2] Werner, M. et al. Glacial–interglacial changes in H218O, HDO and deuterium excess – results from the fully coupled ECHAM5/MPI-OM Earth system model. Geosci. Model Dev.9, 647-670 (2016).
[3] Dong, X. et al. Coupled atmosphere-ice-ocean dynamics during Heinrich Stadial 2. Nat Commun13, 5867 (2022).
原文信息：
Dong, X., Zhang, X., Zhang, H. et al. Interstadial diversity of East Asian summer monsoon linked to changes of the Northern Westerlies. Nat Commun 16, 7765 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63057-2
