发布时间：2026-09-03

文章标题：| QSR | 李强/当树轮遇见石笋：不依赖气象站也能推算过去数百年的季风湿度吗？

内容：

主要内容：

古气候重建通常需要先确定代用指标与气象观测之间的统计关系，再利用回归方程延长气候序列。然而，树轮和石笋样点大多位于偏远山区，气象站数量少、记录时间短，站点与采样地之间还可能存在明显的海拔和地形差异。由现代气象资料建立的统计关系，未必能够稳定代表过去数百年的气候变化。

近期，西交大李强教授等在《Quaternary Science Reviews》发表名为“Model-based inference of monsoonal moisture from stalagmite and tree-ring δ¹⁸O”研究，将树轮δ¹⁸O与石笋δ¹⁸O纳入同一过程模型，在不使用气象站资料进行统计校准的情况下，尝试反演亚洲夏季风边缘区过去近300年的相对湿度变化。

树轮和石笋都记录了水循环中的氧同位素信息，但形成机制并不相同。树轮纤维素δ¹⁸O既继承树木源水的同位素组成，也受到叶片蒸腾和大气湿度影响；石笋δ¹⁸O则主要受到降水、洞穴滴水及洞穴沉积过程控制。

作者利用二者对水文气候过程的互补敏感性，将树轮生理分馏模型与石笋记录结合起来。石笋δ¹⁸O用于约束区域降水同位素的时间变化，树轮δ¹⁸O则提供源水与叶片蒸发共同作用后的信息，由此计算区域相对湿度。与传统重建不同，气象站资料没有参与模型参数的统计拟合，而只用于检验模型结果是否可靠。

研究使用甘肃陇南官鹅沟树轮δ¹⁸O年表和万象洞石笋δ¹⁸O记录，获得了1717—2003年的区域相对湿度序列。陇南位于亚洲夏季风西北边缘，对季风强度和水汽输送范围变化十分敏感，也是检验这一方法的理想区域。

主要结果：

结果显示，模拟相对湿度与附近气象站4—7月实测湿度显著相关，原始序列相关系数为0.58，一阶差分后的相关系数为0.52。模型还能够较好反映区域湿度的空间变化，并识别多次历史严重干旱事件，说明这种基于过程的多指标方法具有较好的气候解释能力。

模拟序列表明，陇南地区近300年来总体呈干化趋势，20世纪干旱明显增强，1941—2003年是持续时间最长的偏干阶段。模型还识别出1917年、1929年等历史严重干旱事件。

进一步分析发现，研究区湿度与亚洲夏季风强度呈正相关，而与Niño 3.4、Niño 4及热带印度洋海温呈负相关，说明厄尔尼诺和热带海洋增暖可能通过改变季风环流和水汽输送，使季风边缘区趋于干燥。

这项研究的真正创新，不是增加了一条新的湿度重建记录，而是提出了一种多代用指标联合反演的新思路：建立一种独立于气象站统计校准的多代用指标反演框架。当现代气象观测不足、站点分布不均或采样地与气象站存在明显空间差异时，这种方法为恢复历史气候提供了新的可能。

该方法仍依赖若干前提。树轮和石笋需要具有相对一致的水汽来源和区域气候背景；二者记录的季节和时间分辨率也可能不同；洞穴水文过程及模型参数变化还会带来一定不确定性。因此，模拟结果更适合用于解释相对湿度的长期变化、干湿阶段和异常事件，而不能将每一年的绝对值完全等同于气象站观测。

总体来看，这项工作展示了多指标古气候研究的新方向：未来的气候反演不必完全依赖短期气象观测建立经验关系，而可以从不同代用指标的形成机制出发，通过过程模型将其联合起来，在观测稀缺地区独立推断过去的气候变化。

图1 绍研究区域概况。样点位置及邻近站点气象数据。

图2 树轮和石笋δ¹⁸O序列

图3 模拟得到的相对湿度序列

图4 模拟相对湿度序列与其他记录的比较

研究得到陕西省高层次人才特殊支持计划（三秦英才）科技创新领军人才（2024STZZK04）、国家自然科学基金项目（42488201）和西安交通大学青年拔尖人才支持计划的共同资助。