新仙女木事件持续千年的新机制及其气候效应

　　新仙女木事件是末次冰消期气候变暖过程中发生的大幅度降温事件，寒冷气候持续长达1300年，是第四纪最著名、研究最多的气候突变事件。“冰湖溃决一次性淡水注入北大西洋，导致温盐环流中断（减弱）”的主流观点虽能解释该事件的触发机制；但数值模拟结果均显示，一旦淡水注入停止，温盐环流就会在几十年内恢复正常，新仙女木事件应该随即结束。为何新仙女木事件会持续上千年之久，目前仍然是困扰国际古气候学界的科学难题。

　　新生代地质与环境院重点实验室旺罗副研究员及课题组成员在研究青藏高原东南缘云龙天池湖泊硅藻记录时，首次发现了新仙女木事件期间该区域强降雪的地质证据（图1）。在中国科学院大气物理研究所姜大膀研究员的协助下，课题组基于数值模拟分析验证了这一发现（图2）。

图1 硅藻指示的新仙女木时期强降雪。a. 耐低光硅藻百分含量；b. 硅藻通量； c. 格陵兰末次冰消期温度变化；b. 格陵兰末次冰消期氧同位素变化

图2 青藏高原地区降雪瞬变模拟数据分析结果。a. 云龙天池地区末次冰消期降雪变化图；b. 青藏高原地区新仙女木事件相对于哈因里奇事件累积降雪异常图

　　以上结果激发了课题组对新仙女木事件持续千年这一科学难题的思考：降雪是否能成为淡水资源？新仙女木时期环北大西洋是否有大量的降雪？这些降雪的量是否足够减弱大洋环流？国际同行最新研究认为，降雪提供的径流量大于降雨。这就意味着大量的降雪可能通过地表径流快速注入海洋，补偿海洋因蒸发损失的淡水，进而降低海表面盐度或维持海表面较低的盐度。据此，课题组进一步对全球瞬变模拟结果进行分析（图3），发现新仙女木期间环北大西洋地区同样出现强降雪，这些降雪提供的淡水量可达0.72 Sv，远远超过中断温盐环流所需的淡水阈值。在上述研究基础上，课题组首次提出了新仙女木事件持续千年的新机制：新仙女木期间环北大西洋地区大规模降雪提供了持续的淡水供给，降低了海表面盐度，阻断（减弱）温盐环流，导致新仙女木事件持续时间长达上千年（图4）。这一机制的提出将为深入认识和理解新仙女木事件成因提供了新的研究方向和思路。

图3 全球降雪瞬变模拟数据分析结果。a. 全球累积降雪异常图；b. 全球累积冬季降水异常图

图4 大雪融水注入北大西洋和北冰洋示意图。北美、欧亚北部大雪融水提供持续的淡水，通过河流直接流入北大西洋和北冰洋，维持海表面较低的盐度 

　　此外，课题组认为新仙女木时期强降雪与低纬度地区大幅降水变化密切相关。过去研究认为，低纬度地区大幅度降雨变化是由温盐环流中断（减弱）后，北半球降温导致热带辐合带大幅度南移造成的。但是，最新的研究显示寒冷事件时期热带辐合带南移幅度有限。本研究提出，强降雪延长了热带辐合带南移的滞留时间，这可能是导致低纬地区新仙女木时期大幅度降水变化的主要原因：强降雪导致北半球寒冷春季相对延长，为补偿北半球热量平衡，北半球的哈德里环流加强，热带辐合带在南半球滞留时间增长（而不是南迁幅度增加），最终导致低纬度地区北半球干旱、南半球湿润。

　　研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。（Wang L, Jiang W Y, Jiang D B, et al. Prolonged Heavy Snowfall during the Younger Dryas[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2018,123(24).DOI:10.1029/2018JD029271）（原文链接）