Differences in Climate Response Patterns Revealed by Geological Carriers in Southern China during the Last Glacial Maximum
The Last Glacial Maximum (LGM), with striking global cooling and remarkable differences in climate conditions compared to modern times, was the most recent peak in global ice volume, making it one of the hot topics in paleoclimate research. Southern China is located in the subtropical climate zone and is sensitive to the response to climate change. Scholars have conducted preliminary studies on the climate characteristics in the region during the LGM period, but the differences in the climatic characteristics in the southern region are still not fully recognized. Therefore, this paper collected the geological records of different regions in southern China during the LGM period, summarized the basic characteristics of the climatic environment in the southern region, and analyzed the regional differences it presents. The results show that there were two climatic response patterns of geological carriers in different regions of southern China during the LGM period, one of which was dominated by cold-dry climatic characteristics, concentrated in the southeast coastal and southwest regions, while the other was characterized by cold-wet climate, mainly distributed in the middle and lower reaches of the Yangtze River (MLRYR). Further analysis suggested that the weakening summer insolation in the Northern Hemisphere and the expansion of continental ice sheets may be the main driving factors for the cold-dry climate pattern in southern China, while the cold-wet climate in the MLRYR may be related to the increased Meiyu precipitation caused by the enhancement of ENSO activity and the weakening of summer monsoon. The above research provided a theoretical basis for further exploring the climate characteristics of southern China during the LGM period, and provided valuable references for predicting future climate change.
The Last Glacial Maximum
中国南方地区属于典型的亚热带季风气候,该区水热条件优越,生物多样性丰富,区内广泛分布着石笋、泥炭、湖泊沉积物以及河流沉积物等地质载体,为研究古气候变化提供了得天独厚的材料。由于中国南方地区受季风气候系统影响显著,对气候变化高度敏感,因而成为古气候环境研究的热点地区之一。末次盛冰期(Last Glacial Maximum,简称LGM,23~19 ka B.P.)被认为是最近一次全球冰量最大时期,在此期间,地球系统发生显著变化,北半球夏季太阳辐射量位于低值水平,全球海平面约下降130 m,大陆冰盖急剧扩张
考虑到气候代用指标具有多解性,本文采用多种指标综合反映LGM时期中国南方地区气候环境格局,共选取19条LGM时期中国南方地区的古气候记录,包括石笋、泥炭、湖泊沉积物以及河流沉积物等地质载体,具体记录信息见
序号 | 地点 | 气候代用指标 | 指标气候意义 | 参考文献 |
1 | 福建仙云洞 | 石笋δ18O | 东亚夏季风强度 | 马乐等,2020 |
2 | 广西响水洞 | 石笋δ18O | 夏季风降水 | Cosford et al., 2008 |
3 | 福建水竹洋 | 泥炭孢粉 | 温度、降水 | Yue et al., 2012 |
4 | 广东临江剖面 | 河流沉积物粒度 | 风力作用 | 杜恕环等,2007 |
5 | 广东湖光岩玛珥湖 | 正构烷烃化合物 | 草本与木本植物的相对输入贡献 | 匡欢传等,2013 |
6 | 云南小白龙洞 | 石笋δ18O | 印度夏季风降水 | Cai et al., 2015 |
7 | 云南宝秀盆地 | 泥炭K/Rb、δ13CTOC | 温度、降水 | Huang et al., 2016 |
8 | 云南属都湖 | 湖泊沉积物孢粉 | 温度、降水 | Cook et al., 2011 |
9 | 贵州三星洞 | 石笋δ18O | 夏季风降水 | Jiang et al., 2014 |
10 | 四川甘池 | 泥炭TOC、δ13Corg、元素 | 东亚夏季风强度、植被演化、水文环境 | Huang et al., 2022 |
11 | 四川邛海湖 | 湖泊沉积物Md、CaCO3 | 西南夏季风强度 | Wang et al., 2019 |
12 | 江苏葫芦洞 | 石笋δ18O | 东亚夏季风强度 | Duan et al., 2015 |
13 | 长江三角洲鹤鸣孔 | 黏土孢粉、藻类 | 温度、降水 | 覃军干等,2007 |
14 | 长江安徽池州河段 | 河流沉积物CIA、Ti/Ca | 化学风化 | Chen et al., 2023 |
15 | 湖北落水洞 | 石笋δ18O、δ13C | 亚洲夏季风强度、区域有效湿度 | Wang et al., 2022 |
16 | 湖北大九湖 | 泥炭孢粉 | 温度、降水 | Xiao et al., 2015 |
17 | 湖南玲珑洞 | 石笋δ18O | 大气降水 | Liu et al., 2020 |
18 | 重庆小山岩洞 | 石笋δ18O | 亚洲夏季风强度 | 张伟宏等,2020 |
19 | 湖北龙腑宫洞 | 石笋δ13C | 亚洲夏季风水热条件 | Zhang et al., 2020 |
基于中国南方地区19条古气候记录的对比分析,发现LGM时期中国南方地区的气候特征具有明显的空间差异性,东南沿海和西南地区整体表现为冷干气候,而长江中下游一带的气候更为湿润,并非一致呈“冷干”的气候模式(
注:该图基于自然资源部标准底图服务网站下载的审图号为GS(2020)4619号的标准地图制作,底图无修改。
闽粤桂地区:包括闽粤桂在内的东南沿海地区在LGM时期呈现出一致的冷干气候模式,具体表现为福建仙云洞和广西响水洞的石笋δ18O记录在23~19 ka B.P.具有缓慢偏正的趋势(
云贵川地区:分布于中国西南部的云贵川地区在LGM期间也表现出与东南沿海地区相似的气候响应模式。来自云南小白龙洞的石笋δ18O记录清晰反映了LGM时期印度季风区夏季降水显著减少
注:(a)福建仙云洞石笋δ18O记录
苏沪皖地区:与闽粤桂、云贵川等地相反,位于长江下游的苏沪皖在LGM时期整体表现出湿润的气候模态。如江苏葫芦洞石笋δ18O记录在LGM整体偏负,表明气候较为寒冷湿润
鄂湘渝地区:鄂湘渝等地的古气候记录主要集中于长江中游地区,且这些记录共同显示了LGM时期的湿润气候环境。例如,湖北落水洞石笋的δ18O、δ13C记录在23~19 ka B.P.基本负偏(
总而言之,在LGM期间,中国南方地区均表现出温度下降的特征,但在湿度方面却呈现出不同的响应模式,具体表现为东南沿海和西南地区干旱、长江中下游一带湿润的二元气候模式。
对于LGM时期长江中下游一带的湿润状况,厄尔尼诺–南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,简称ENSO)活动可能是解释这一现象的主要机制。这种推测得到高分辨石笋记录的支持,生长于LGM期间的江苏葫芦洞石笋记录了显著的2~7年ENSO周期,暗示ENSO可能对长江中下游地区降水起着重要调控作用
一些研究认为,LGM时期较低的北半球夏季太阳辐射量是引发中国南方地区出现干旱气候的主要外部驱动因素
值得注意的是,LGM时期北美、北欧和南极大陆均有冰盖的分布
在太阳辐射和冰盖的双重影响下,热带太平洋和热带印度洋在LGM期间出现广泛的SST变冷现象
本文系统研究了中国南方地区的石笋、泥炭、湖泊和河流沉积物记录,总结了末次盛冰期中国南方地区气候环境格局。研究发现,LGM时期中国南方地区总体呈现出二元气候响应模式,闽粤桂等东南沿海地区以及云贵川等西南地区表现为寒冷干旱的气候特征,而包括鄂湘渝苏沪皖在内的长江中下游一带则主要表现为寒冷湿润的气候模式。北半球夏季太阳辐射减弱、大陆冰盖扩张、热带海水变冷和ITCZ南移触发了中国东南沿海和西南地区的干旱气候模式,而长江中下游地区的湿润环境更可能与ENSO增强和东亚夏季风减弱引起的梅雨量增加有关。综上所述,LGM时期中国南方地区的气候模式主要是由太阳辐射、冰盖和海气环流等因素驱动,同时也会受到局地因素的制约。