인도계절풍(indian monsoon)은 전세계에서 가장 강한 열대계절풍 기후시스템으로서 강수변화는 남부 아시아 지역이 속한 세계 1/4 인구의 농업생산과 사회경제 발전에 중요한 영향을 일으킨다. 과거 인도계절풍 변화에 관련된 인식은 대부분 해양 퇴적물에 대한 연구에 근거하였고 인도양 상향 서지(surge)강도 변화에 의해 지시되는 여름계절풍 풍력세기(wind strength)에 근거하여 역추리되고 재구축되었다. 그러나 지역사회 생존과 발전에 있어서 매우 중요한 대륙계절 강우변화율에 대한 연구는 비교적 약했는데 이는 줄곧 연구자들이 주목하고 있는 문제였다.
<<미국국가과학원저널(PNAS)>>은 최근에 중국과학원 지구환경연구소 Yan-jun Cai 연구원과 중국과학원 Zhi-sheng An 원사 등 학자가 미국캘리포니아대학 버클리분교 Inez Fung 교수와 미네소타대학교 Larry Edwards 교수 등 여러 국가와 지역의 연구원들과 협력하여 중국 서남지역 동굴 석순기록 및 혼합 강수동위원소의 전세계 기후모델로 모의연구를 진행한 최신 성과를 발표하였다. 제목이 <<동굴 석순으로 과거 252000년 인도계절풍 강수 변화율을 재구축>>이라는 논문에서 연구팀은 과거 252000년 인도계절풍 강우의 역사와 변화율을 재구축하였고 또한 혼합 강수 동위원소의 전세계 기후모델로 모의한 결과에 결합시켜 인도계절풍 강우가 빙하기-간빙기, 세차(precession)주기와 천년 스케일의 변화 및 동부아시아계절풍 지역 석순기록의 차이점과 유사점(differences and similarities) 그리고 동력메커니즘을 연구하였다.
기존의 해양과 황토, 호수 등 육지기록에 의하면 인도계절풍과 동부아시아 계절풍이 포함된 아시아계절 기후변화는 현저한 세차주기를 가지고 있을 뿐만 아니라 빙하기-간빙기 주기(십만년 주기)의 파동을 가지고 있다는 것을 설명한다. 이는 동부아시아 계절풍지역 석순 δ18O 기록은 세차주기에 의해 주도된 것이고 빙하기-간빙기의 주기파동이 결여되어 명확한 차이가 존재한다.
동부아시아 계절풍지역 석순기록 및 다른 퇴적기록 사이의 차이를 어떻게 해석하는가 하는 것은 현재 아시아계절풍 기후변화 연구의 초점과 핫이슈 문제로 되었다. 중국 서남쪽에 위치해 있는 운남(Yun-nan Province)의 강수는 주로 계절풍 기후의 영향을 받을 뿐만 아니라 인도 북부와 중부 인도반도 북부의 강수와 밀접한 관계를 가지고 있으며 강수의 수증기 내원은 주로 벵갈만(bay of Bengal)에서 제공된다. 모사결과에 의하면, 이 지역의 수증기 내원은 최후최대빙하기(Last Glacial Maximum) 시기에서도 변화가 크지 않기에 이 지역 강위 동위원소로 구성한 변화는 비교적 완벽하게 인도계절풍 강수강도의 변화를 나타낸다는 것을 설명한다.
운남지역 동굴 석순에 대해 고정밀도 우라늄계 연도측정과 산소동위원소 성분분석을 통해 연구팀은 과거 252,000년간 인도계절풍 강수의 변화역사를 구축하였고 석순 δ18O 기록의 인도계절풍 강수의 변화는 주도적인 세차주기가 존재했을 뿐만 아니라 현저한 빙하기-간빙기 주기가 존재한다는 것을 발견하였는데 이는 인도계절풍이 얼음부피 변화에 미치는 현저한 영향을 제시하였다.
혼합 강수 산소동위원소 성분이 변화하는 전세계 대기환류모델 수치모의의 결과와 대조분석을 진행한 결과, 연구팀은 운남 석순 δ18O 기록이 빙하기-간빙기 스케일에서의 차이를 제기하였고 주로 빙하기-간빙기 해수면 변화 및 이가 일으킨 서태평양 대륙붕의 노출에 의한 것이고 중국 동부 강수의 다양한 수증기 내원에 따른 공헌 및 동위원소 성분의 현저한 변화에 의해 발생한 것이지만 인도계절풍 영향지역 수증기 내원의 변화가 크지 않은 차이에 의한 것이다.
이 연구결과는 동부아시아지역 석순 δ18O 기록을 심도있게 인식하고 이해하며 석순 δ18O 기록과 해양과 황토 등 아시아계절풍 기록의 모순을 해결하는데 중요한 의미를 가지고 있다. 이 연구는 (중국)국가자연과학기금위원회, (중국)국가”973”계획, 중국과학원 지식혁신프로젝트와 (미국)국가과학기금 등의 지원을 받았다.
그림: 과거 25200년간 운남 석순(XBL) δ18O 기록과 동부아시아계절풍지역 석순(HL-DG-SB-LZ) δ18O 기록 및 북위 30도 여름철 태양복사의 대조
印度季风是全球最强盛的热带季风气候系统，其降水变化对南亚地区世界四分之一人口的农业生产和社会经济发展产生着重要的影响。过去对印度季风气候变化的认识大多数来自于海洋沉积物的研究，主要是根据印度洋上涌流强度变化所指示的夏季风风场强度来反演和重建。然而，对区域社会生存和发展至关重要的大陆季风降水变率的研究却较为薄弱，一直是公众和科学家关注的问题。
《美国国家科学院院刊》（PNAS）近日在线刊登了中国科学院地球环境研究所研究员蔡演军和中科院院士安芷生等学者，联合美国加州大学伯克利分校教授Inez Fung和明尼苏达大学教授Larry Edwards等多个国家和地区的研究人员，对我国西南洞穴石笋记录以及集成降水同位素的全球气候模式模拟进行研究的最新成果。在题为《洞穴石笋重建过去252000年印度季风降水变率》的论文中，研究团队重建了过去252000年印度季风降水的历史和变率，并结合集成降水同位素的全球气候模式模拟的结果，探讨了印度季风降水在冰期-间冰期、岁差周期和千年尺度的变化及其与东亚季风区石笋记录的异同和动力机制。
已有海洋和黄土、湖泊等陆地记录表明，包括印度季风和东亚季风在内的亚洲季风气候变化不仅具有显著的岁差周期，而且具有冰期-间冰期旋回（十万年周期）的波动。这与东亚季风区石笋δ18O记录由岁差周期主导，缺少冰期-间冰期旋回波动存在显著差异。如何解释东亚季风区石笋记录及其与其他沉积记录之间的差异就成为当前亚洲季风气候变化研究的焦点和热点问题。位于我国西南的云南，其降水主要受季风气候影响且与印度北部和中印半岛北部降水密切联系，现今降水的水汽源主要来源于孟加拉湾，且模拟结果表明，该地区水汽来源在末次盛冰期时也变化不大，因此该地区降水同位素组成的变化就较好地指示了印度季风降水强度的变化。
通过对云南洞穴石笋进行高精度铀系测年和氧同位素组成分析，研究团队建立了过去252000年以来印度季风降水的变化历史，发现石笋δ18O记录的印度季风降水的变化不仅存在主导的岁差周期，而且具有显著的冰期-间冰期旋回，揭示了印度季风对冰量变化的显著响应；与集成降水氧同位素组成变化的全球大气环流模式数值模拟的结果进行对比分析，研究团队提出云南石笋δ18O记录与东亚季风区石笋δ18O记录在冰期-间冰期尺度上的差异，主要是因为冰期-间冰期海平面变化及其引起的西太平洋大陆架的出露，引起中国东部降水不同水汽源贡献及其同位素组成发生显著变化、而在印度季风影响区水汽源变化不大的差异所致。这一研究结果对于深刻认识和理解东亚季风区石笋δ18O记录，调和石笋δ18O记录和海洋和黄土等亚洲季风记录的矛盾具有重要意义。
此项研究得到国家自然科学基金委、国家“973”计划、中科院知识创新项目和美国国家科学基金等的资助。
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