西太平洋暖池冰期旋回中的類ENSO式演化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

　　摘要 作為全球接受太陽輻射最多、表層海水溫度最高的區(qū)域，西太平洋暖池區(qū)通過厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(El NiñoSouthern Oscillation，ENSO)和季風(fēng)等過程影響著全球氣候的變化。越來越多的沉積記錄證明，在地質(zhì)歷史時(shí)期西太平洋暖池也存在類似于現(xiàn)代 ENSO 過程的“類 ENSO 式”變化。而目前類 ENSO 式變化與冰期—間冰期旋回之間的響應(yīng)關(guān)系和驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其與東亞季風(fēng)的關(guān)聯(lián)仍存在爭議。本文利用位于暖池核心區(qū)的 B10 巖芯浮游有孔蟲氧同位素、 Mg/Ca 和粘土礦物參數(shù)重建了暖池區(qū)氧同位素 8 期以來的古氣候記錄，并結(jié)合已有的熱帶海表溫度記錄、中國石筍氧同位素和南大洋地區(qū)海表溫度記錄，研究了西太平洋暖池冰期旋回中類 ENSO 狀態(tài)的演化規(guī)律及其與東亞季風(fēng)的關(guān)系，并探討了暖池區(qū)類 ENSO 演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：冰期時(shí)，西太平洋暖池區(qū)溫躍層變淺，赤道東、西太平洋溫差減小，同時(shí)，東亞夏季風(fēng)減弱，暖池區(qū)降水量相對(duì)減少，與現(xiàn)代 El Niño 時(shí)期氣候態(tài)類似;間冰期時(shí)，西太平洋暖池區(qū)溫躍層加深，赤道東、西太平洋溫差增大，東亞冬夏季風(fēng)增強(qiáng)，暖池區(qū)降水量相對(duì)增加，與現(xiàn)代 La Niña 時(shí)期氣候態(tài)類似。頻譜分析結(jié)果表明，西太平洋暖池區(qū)海表溫度的變化具有偏心率周期(96ka)。冰消期時(shí)，低緯度太陽輻射量的增加，增大了緯向上的 SST 梯度，并使得次表層海水儲(chǔ)存了更多的熱量，積累的熱量會(huì)通過調(diào)節(jié)次表層環(huán)流向暖池區(qū)的熱傳輸，最終調(diào)控赤道太平洋地區(qū) Walker 環(huán)流強(qiáng)度和 ENSO 活動(dòng)的長期變化。而冰期時(shí)，南大洋地區(qū)降溫所引起的東南信風(fēng)和大洋環(huán)流異常可能對(duì)類 ENSO 式起到調(diào)控的作用。

　　關(guān)鍵詞 西太平洋暖池;厄爾尼諾—南方濤動(dòng);東亞季風(fēng);溫躍層;太陽輻射量

　　張洋; 徐繼尚; 李廣雪; 劉勇 地學(xué)前緣 2021-12-30

　　0 引言

　　西太平洋暖池是全球接受太陽輻射最多、海水加熱最強(qiáng)、向大氣輸送輻射最強(qiáng)的地區(qū)，同時(shí)也是全球大洋表層海水溫度最高的區(qū)域[1, 2]，它以年均 28℃等溫線為界，是大氣圈水汽和熱能的主要來源地[3]。地質(zhì)歷史時(shí)期上，全球氣候呈現(xiàn)旋回性變化的根源也可能與西太平洋暖池地區(qū)的大氣環(huán)流、洋流、生物過程等密切相關(guān)。暖池區(qū)通過季風(fēng)和厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(El Niño-Southern Oscillation， ENSO)等過程影響著全球氣候變化，因此西太平洋暖池被認(rèn)為是低緯向高緯輸送能量的熱源和氣候變化的“引擎”[4, 5]。作為高緯度氣候的標(biāo)志，格陵蘭的溫度很大程度上取決于大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC)[6, 7];而作為熱帶驅(qū)動(dòng)過程的代表，暖池區(qū)海表溫度(Sea Surface Temperature，SST)的波動(dòng)，會(huì)通過多尺度的海-氣相互作用導(dǎo)致整個(gè)大氣環(huán)流的變化，進(jìn)而對(duì)全球氣候產(chǎn)生顯著影響[8]。現(xiàn)代觀測表明，在較短的年際和年代際尺度上，暖池區(qū)通過 ENSO 作用對(duì)全球氣候產(chǎn)生顯著影響[9, 10]，而越來越多的研究也表明，在地質(zhì)歷史時(shí)期的冰期—間冰期旋回中也存在類似于現(xiàn)代 ENSO 過程的“類 ENSO 式”變化[11, 12]。全新世以及末次間冰期以來的沉積記錄顯示，古氣候中類 ENSO 式的演化與赤道太平洋地區(qū)溫躍層水體的溫度(Thermocline Water Temperature，TWT)變化有著密切的耦合關(guān)系，并且受到歲差周期的控制[1, 13]。前人通過顆石藻的豐度重建了西太平洋暖池區(qū)生產(chǎn)力變化趨勢，結(jié)果顯示暖池區(qū)生產(chǎn)力在冰期時(shí)生產(chǎn)力偏高，氣候特征更類似 La Niña 狀態(tài)[14]，而通過有孔蟲氧 Mg/Ca 的記錄則顯示，末次冰盛期時(shí)西太平洋暖池區(qū)的 SST 下降了 3℃，東太平洋冷舌區(qū)的 SST 下降了大約 1.2℃，赤道東、西太平洋的溫度梯度減小，與現(xiàn)代 El Niño 現(xiàn)象類似[15, 16]。因此，地質(zhì)歷史時(shí)期中的氣候變化與 El Niño 和 La Niña 的響應(yīng)關(guān)系還存在分歧。ENSO 過程通過影響赤道太平洋地區(qū)東西的熱量輸送從而進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)亞洲季風(fēng)的變化[17]，同時(shí)也是影響中國季風(fēng)降水區(qū)變化的主要因素[18]。但在地質(zhì)歷史時(shí)期，ENSO 對(duì)亞洲季風(fēng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍存在爭議。

　　本文選取位于西太平洋暖池核心區(qū)的 B10 巖芯，利用浮游有孔蟲 Mg/Ca 和粘土礦物等參數(shù)重建了暖池核心區(qū)晚更新世(氧同位素 8 期，Marine Isotope Stage 8，MIS 8)以來上部水體的溫度變化以及東亞季風(fēng)的演化趨勢，結(jié)合已有的海表溫度數(shù)據(jù)和頻譜分析，計(jì)算赤道東西太平洋海表溫差并研究上部水體的周期性變化規(guī)律，系統(tǒng)分析古氣候中類 ENSO 式變化與冰期—間冰期旋回之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步探討類 ENSO 式變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其對(duì)東亞季風(fēng)的響應(yīng)，并深入認(rèn)識(shí)類 ENSO 式變化在古氣候波動(dòng)中的重要作用。

　　1 研究區(qū)概況 1.1 研究區(qū)地理位置

　　本文研究區(qū)位于西太平洋暖池核心區(qū)(4.73°—8.10°N、 136.64°—141.17°E)，處于太平洋板塊、菲律賓板塊與加洛林板塊的交界處，西北側(cè)是雅浦海溝，東側(cè)為西加洛林海嶺，東北側(cè)為馬里亞納海溝，南側(cè)為新幾內(nèi)亞島(圖 1)，是一個(gè)典型的島弧-海溝-弧后盆地系統(tǒng)的俯沖型大陸邊界[19, 20]。研究區(qū)水深范圍為 116~8198m，平均水深 3934m，最深的地帶為西北部的雅浦海溝。碳酸鹽補(bǔ)償深度(carbonate compensation depth，CCD)最淺的區(qū)域?yàn)闁|北部的西加洛林海隆及其南部區(qū)域。水深的整體變化趨勢為南深北淺，西深東淺，在西加洛林海盆中間地帶還貫穿了一條東西向的西加洛林海槽，平均水深在 4500m(圖 2)。

　　1.2 研究區(qū)氣候特征

　　研究區(qū)位于暖池的核心地帶，表層海水溫度常年處于 28℃以上，高溫多雨，無明顯的季節(jié)變化，為典型的熱帶海洋氣候，主要受日照輻射量變化和赤道低壓帶的季節(jié)變動(dòng)進(jìn)而影響海氣變化[22]。同時(shí)，暖池區(qū)氣候也和熱帶輻合帶(ITCZ)密切相關(guān)(圖 1a)。ITCZ 是赤道西風(fēng)與偏東風(fēng)信風(fēng)的輻合區(qū)，在赤道上空形成了一道狹長的云帶、降雨頻繁，大量的降雨主宰著暖池區(qū)的水溫循環(huán)過程[23]。當(dāng) ITCZ 移動(dòng)或者范圍發(fā)生變化時(shí)，暖池區(qū)位置和面積也會(huì)相應(yīng)的變化。在夏季北半球時(shí)(6~9 月份)，ITCZ 攜同東南信風(fēng)向印度尼西亞海域和東亞北移，此時(shí)熱帶西太平洋降雨量達(dá)到最大，年降雨量在 3000mm~5000mm 之間。當(dāng)北半球冬季時(shí)(1~3 月份)，風(fēng)向發(fā)生反轉(zhuǎn)，暖池區(qū)盛行西北風(fēng)， ITCZ 南移。上述季風(fēng)變化的同時(shí)也會(huì)影響著暖池區(qū)海表溫度和鹽度的變化[24]。

　　ENSO (El Niño-Southern Oscillation)對(duì)研究區(qū)的氣候也起到重要的調(diào)控作用，它是發(fā)生于赤道東太平洋地區(qū)的風(fēng)場和海面溫度震蕩，是低緯度的海-氣相互作用現(xiàn)象，在海洋方面表現(xiàn)為厄爾尼諾-拉尼娜的轉(zhuǎn)變，在大氣方面表現(xiàn)為南方濤動(dòng)。ENSO 具有 2-7 年的準(zhǔn)周期，存在中性、暖性(正)和冷性(負(fù))3 個(gè)相位。中性相位的 ENSO 代表著氣候的平均態(tài)，標(biāo)志為赤道東太平洋“冷舌”;當(dāng) ENSO 處于正相位期時(shí)，哈得利環(huán)流增強(qiáng)、沃克環(huán)流減弱、赤道太平洋信風(fēng)減弱、溫躍層深度增加、海平面溫度異常升高。當(dāng) ENSO 處于負(fù)相位時(shí)，各項(xiàng)特征變化相反。

　　1.3 研究區(qū)洋流特征

　　西太平洋暖池區(qū)是許多重要水團(tuán)、洋流匯聚的地區(qū)。研究區(qū)附近的主要洋流如圖 1 所示，主要包括赤道流和西太平洋的邊界流[25]。影響研究區(qū)的表層流主要包括北赤道流(NEC)、棉蘭老流(MC)(圖 1)。在東北信風(fēng)的作用下，北赤道流在 10~20°N 區(qū)域由東太平洋向西太平洋流動(dòng)，到達(dá)菲律賓群島后由于受到阻隔，分成為兩支，一支向北流動(dòng)形成黑潮，另一支向南流動(dòng)形成棉蘭老流[26]。棉蘭老流與南部新幾內(nèi)亞近岸流(NGCC)和北赤道逆流(NECC)匯集影響到研究區(qū)并形成環(huán)流體系。呂宋底流(LUC)發(fā)源于呂宋島，在向南流動(dòng)的過程中與北向的棉蘭底流相遇，并向東匯入北赤道底流以此影響到研究區(qū)。南北向流動(dòng)的北太平洋底層水(NPDW)與繞極地底層水匯集流向加洛林海盆，進(jìn)而影響到研究區(qū)。綜上所述，研究區(qū)附近的流系和水團(tuán)十分多樣復(fù)雜，對(duì)此區(qū)域海洋流系的研究對(duì)于沉積物輸運(yùn)沉積有著重要意義。

　　2 研究材料與方法 2.1 研究材料

　　本研究所使用的材料依托于全球變化與海氣相互作用專項(xiàng)-西太平洋 PAC-CJ15 區(qū)塊海底底質(zhì)和底棲生物調(diào)查(GASI-02-PAC-CJ15)于 2017 年 4 月至 6 月取回沉積物樣品。本文選取位于索羅爾海槽與西加洛林海隆南部的 B10 巖芯(7°40.6′，139°59.9′E，2950.8m)(圖 1c)進(jìn)行測試分析。

　　2.2 研究方法 2.2.1 浮游有孔蟲穩(wěn)定氧同位素測試

　　本文選取了浮游有孔蟲的表層種 Globigerinoides. ruber 和次表層種 Pulleniatina. obliquiloculata 進(jìn)行測試分析。樣品前處理方法：以 2cm 間隔取樣，將樣品置于已稱重的燒杯中，經(jīng) 60℃恒溫烘干后，稱取 10.0g 干樣，然后置于 500ml 燒杯中，加入 10%的 H2O2 溶液浸泡使樣品充分分散并去除有機(jī)質(zhì);使用孔徑為 0.063mm 的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行沖洗;最后再將篩上部分收集經(jīng) 60℃烘干以備鏡下鑒定。若樣品中所含的沉積物顆粒較多，則使用 CCl4 重液對(duì)樣品進(jìn)行浮選，將底樣置于顯微鏡下檢查，保證不致遺漏有孔蟲殼體。上機(jī)測試：測試在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。向樣品中加入 99.7%的無水酒精，在振蕩頻率為 40kHz 的超聲波清洗器(Branson 200)中清洗，每次處理約 10~15 秒鐘，倒去濁液后，將樣品置于 60℃烘箱中烘烤 5 個(gè)小時(shí)。實(shí)驗(yàn)室采用的是氣體穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀 MAT253，并利用國際標(biāo)樣 NBS19 跟蹤標(biāo)定法矯正檢測數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)偏差：δ13C 0.04‰，δ18O 0.07‰。

　　2.2.2 浮游有孔蟲 Mg/Ca 測試

　　挑 選 250-350μm 的浮游有孔蟲表層種 Globigerinoides. ruber 和次表層種 Pulleniatina. obliquiloculata 殼體 50-60 枚放入離心管中，保證所挑選的殼體表面光潔、無明顯污染或破損、房室結(jié)構(gòu)完整。在顯微鏡下將有孔蟲壓碎，至每個(gè)房室碎開即可。參照 Dang 等[27]的流程進(jìn)行前處理。有孔蟲 Mg/Ca 測試的工作在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICPMS)完成。為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，加入了 15 個(gè)平行樣品。G. ruber 和 P. obliquiloculata 的 Mn/Ca 比值不超過 0.35mmol/mol，說明富 Mn 氧化物的清洗效果較好。 Hollstein 等(2017)根據(jù)西太平洋暖池區(qū)的表層沉積物建立了多個(gè)屬種有孔蟲殼體 Mg/Ca 溫度關(guān)系式[28]。本文根據(jù)其結(jié)果，選取 Mg/Ca=0.26exp0.097*T 作為表層屬種 G. ruber 殼體的 Mg/Ca 校正公式，重建了晚更新世以來表層海水溫度的變化;選取 Mg/Ca=0.21exp0.097*T 作為次表層屬種 P. obliquiloculata 殼體的 Mg/Ca 校正公式，重建了氧同位素 8 期以來次表層海水溫度的變化。

　　2.2.3 粘土礦物測試

　　以 5cm 間隔取樣，將 2~3g 沉積物樣品置于離心瓶中加入 15ml15%的過氧化氫(H2O2)溶液 60℃水浴 2~3 小時(shí)，以充分去除沉積物中有機(jī)質(zhì)，隨后加入 10ml 25%醋酸溶液 60℃水浴 2~3 小時(shí)，充分去除沉積物中的鈣質(zhì)生物。去除雜質(zhì)后向沉積物中加入蒸餾水離心清洗兩遍(離心機(jī)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速 3500r/min，時(shí)間為 10min)，之后向離心瓶中加入 0.05g 六偏磷酸鈉并超聲使樣品充分分散，加入蒸餾水使液面達(dá)到離心瓶 7cm 處后進(jìn)行加速離心提取(離心機(jī)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速 800r/min，時(shí)間為 4min)，離心完畢后，將上層樣品小心倒入另一離心瓶中(注意千萬不能將底部粗顆粒的沉淀物倒出)，加入 0.05g 氯化鈣，然后懸浮液經(jīng)離心(轉(zhuǎn)速 3000r/min，時(shí)間 10min)及超聲分散，制成自然風(fēng)干的定向片，并使用同一定向片作乙二醇飽和片(EG 片 69℃12h)。粘土礦物 X 射線衍射(XRD)測試分析在中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為德國布魯克公司 D8 AdvanceX 射線衍射儀，測試電壓 40kV，電流 40mA，步長 0.02°，步頻 0.5s/step。

　　2.2.4 年齡模式

　　B10 巖芯的年齡模式依據(jù) 3 個(gè)有孔蟲殼體(G. ruber)AMS14C 和與 LR04 全球底棲氧同位素整合曲線[29]進(jìn)行對(duì)比綜合得到。將曲線變化趨勢相似、變幅較大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為年齡控制點(diǎn)(表 1)。運(yùn)用線性內(nèi)插和外延發(fā)計(jì)算得到相對(duì)應(yīng)的年齡值。

　　通過與 LR04 曲線的對(duì)比，B10 巖芯底部年齡大約到 28.7 萬年，并可以明顯識(shí)別出全新世、末次間冰期(MIS5e)、末次冰期(圖 2a)等。從沉積速率可以看出，冰期的沉積速率相對(duì)較高，而間冰期沉積速率較低(圖 2b)。

　　3 結(jié)果與討論 3.1 西太平洋暖池區(qū)上部水體溫度與粘土礦物變化規(guī)律

　　MIS8 期以來，SST 和 TWT 均呈現(xiàn)出冰期—間冰期旋回的特征。MIS8 期時(shí)，經(jīng)歷一段快速下降的時(shí)期，隨后趨于平穩(wěn)，但有兩次明顯的小幅度波動(dòng)，波動(dòng)幅度不超過 2℃;MIS7 和 6 期時(shí)，TWT較 SST 波動(dòng)更為頻繁，且在 MIS6 中期時(shí)達(dá)到一個(gè)相對(duì)的較低水平;進(jìn)入 MIS5 期，溫度呈現(xiàn)一個(gè)顯著上升的趨勢，大約在 125ka(末次間冰期 MIS5e)左右達(dá)到高值，隨后溫度逐漸下降;MIS4 和 3 期以來，SST 變化相對(duì)較為平穩(wěn)，在 MIS3 晚期出現(xiàn)了一次明顯的升溫，而 TWT 較 SST 波動(dòng)更為明顯;MIS2 和 MIS1(全新世)以來，二者均呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，且均在中全新世時(shí)達(dá)到峰值。 B10 柱狀樣粘土礦物主要以蒙脫石和伊利石為主，高嶺石和綠泥石含量偏低(圖 3)。其中，蒙脫石平均達(dá)到 54%(圖 3c)，伊利石為 31%(圖 3d)，并且伊利石變化趨勢與蒙脫石相反，高嶺石和綠泥石含量分別為 6%(圖 3e)和 9%(圖 3f)。整體來看，間冰期時(shí)蒙脫石和高嶺石較冰期時(shí)較高，而伊利石的含量則是在冰期時(shí)相對(duì)較高。幾種粘土礦物變化趨勢也具有冰期—間冰期旋回的特征。

　　3.2 冰期旋回中的類 ENSO 式變化及其和東亞季風(fēng)的關(guān)系

　　熱帶西太平洋的古 ENSO 記錄顯示，東亞季風(fēng)同樣對(duì) ENSO 也有著的響應(yīng)，且兩者之間的關(guān)系十分復(fù)雜[17, 30]。粘土礦物作為指示季風(fēng)的重要指標(biāo)在識(shí)別暖池區(qū)沉積物源區(qū)及沉積環(huán)境方面有著十分重要的作用。但是，要厘清兩者之間的關(guān)系，首先要識(shí)別暖池區(qū)粘土礦物的來源。前人的研究認(rèn)為，晚第四紀(jì)以來暖池區(qū)的碎屑沉積物可能主要與附近的火山巖侵蝕密切相關(guān)。同時(shí)，東亞冬季風(fēng)帶來的亞洲大陸風(fēng)塵沉積對(duì)暖池區(qū)物源也有一定的貢獻(xiàn)[31, 32]。蒙脫石通常被認(rèn)為與火山活動(dòng)密切相關(guān)，但由于受到黑潮、北赤道流的阻塞作用，導(dǎo)致呂宋島、印度尼西亞等地區(qū)對(duì)暖池區(qū)蒙脫石含量的貢獻(xiàn)可以忽略不記[33]。通過三端元模式圖我們可以發(fā)現(xiàn)，B10 巖芯的粘土礦物組成與新幾內(nèi)亞島更為相似(圖 4a)，這可能是由于研究區(qū)受新幾內(nèi)亞沿岸流和東亞夏季風(fēng)的影響，使得更多的粘土礦物由新幾內(nèi)亞島向暖池區(qū)輸運(yùn)(圖 4b)。研究發(fā)現(xiàn)，呂宋島主要河流的伊利石含量僅有 2%[34]，所以可能對(duì)研究區(qū)伊利石的貢獻(xiàn)有限。然而，受到東亞冬季風(fēng)的影響，富伊利石的中國黃土(含量約為 70%)可能會(huì)通過風(fēng)塵輸運(yùn)影響研究區(qū)的伊利石含量變化[35, 36](圖 4)。Yu 等(2016)根據(jù)蒙脫石/(伊利石+綠泥石)和伊利石/蒙脫石比值重建了 2.36Ma 以來東亞季風(fēng)的演化歷史并探討了 ENSO 驅(qū)動(dòng)下的東亞夏季風(fēng)對(duì)降水的影響[37]，他們發(fā)現(xiàn)二者與東亞季風(fēng)的演化有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，我們利用粘土礦物參數(shù)作為指示東亞季風(fēng)變化的替代性指標(biāo)[38]。

　　我們選取了位于赤道東太平洋冷舌區(qū)的 TR163-19 站位與 B10 站位進(jìn)行 ΔSST 差值計(jì)算(Zonal SST gradient)(圖 5a)，并與暖池區(qū)溫躍層變化(B10 SST-TWT, ΔT)(圖 5b)、B10 粘土礦物參數(shù)(圖 5c、d)和石筍氧同位素記錄(圖 5e)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步探討類 ENSO 式變化及其和東亞季風(fēng)的響應(yīng)關(guān)系。

　　MIS8 期時(shí)，東西太平洋溫差 ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值減小，伊利石/蒙脫石比值增加，說明東亞夏季風(fēng)減弱，暖池核心區(qū)降水減少，暖池區(qū)溫躍層變淺(ΔT 增大);MIS7 期時(shí)，ΔSST 增加，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值整體呈現(xiàn)增加趨勢，伊利石/蒙脫石比值減少，說明東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，暖池核心區(qū)降水量增加，溫躍層加深(ΔT 減小);MIS6 期時(shí)，ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現(xiàn)下降趨勢，伊利石/蒙脫石比值增加，東亞夏季風(fēng)減弱，暖池核心區(qū)降水量減少，溫躍層變淺;MIS5 期時(shí)，ΔSST 增大，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，伊利石 /蒙脫石比值減小，說明東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，暖池核心區(qū)降水減少，溫躍層加深; MIS4~MIS2 早期(末次冰期)時(shí)，ΔSST 減小，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值呈現(xiàn)下降趨勢，伊利石/蒙脫石比值增加，東亞夏季風(fēng)減弱，暖池核心區(qū)降水量減少，溫躍層變淺;MIS2 中期~MIS1 期(全新世)時(shí)，ΔSST 增加，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值整體呈現(xiàn)增加趨勢，伊利石/蒙脫石比值減少，說明東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，暖池核心區(qū)降水量增加，溫躍層加深。來自中國洞穴石筍的氧同位素記錄(圖 5e)指示了亞洲季風(fēng)和全球氣候的變化[48]。對(duì)比結(jié)果顯示，間冰期時(shí)石筍氧同位素值更加負(fù)偏，說明此時(shí)降水量增加，東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，而冰期時(shí)則處于相反的狀態(tài)。綜上所述，冰期時(shí)(MIS8、6 和 4~2 期)，西太平洋暖池區(qū)可能處于類似現(xiàn)代 El Niño 的氣候狀態(tài)，此時(shí)，東亞夏季風(fēng)減弱，冬季風(fēng)增強(qiáng)，暖池區(qū)降水量相對(duì)減少，溫躍層變淺;間冰期時(shí)(MIS7、5 和全新世)則處于相反的狀態(tài)，氣候狀態(tài)更類似于現(xiàn)代 La Niña 的氣候模式，東亞冬季風(fēng)增強(qiáng)，夏季風(fēng)減弱，暖池區(qū)降水量相對(duì)增加，溫躍層加深。

　　3.3 類 ENSO 式變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

　　現(xiàn)代觀測結(jié)果顯示西太平洋暖池區(qū)次表層水溫的異常并沿赤道溫躍層的東移是現(xiàn)代 El Niño 發(fā)生的主要原因之一[5]。數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)全球氣候較為溫暖時(shí)有利于提升大西洋向太平洋的水汽輸送，此時(shí) ENSO 變化的強(qiáng)度和發(fā)生頻率都會(huì)顯著提高[49, 50]。然而，近來的研究表明，單一的驅(qū)動(dòng)機(jī)制難以解釋 ENSO 的復(fù)雜性[51]。在地質(zhì)歷史時(shí)期中，作為熱帶過程代表的 ENSO 變化可能受到太陽輻射量(地球軌道參數(shù))[52]、熱帶太平洋平均氣候態(tài)[53]、全球均溫[54]甚至火山活動(dòng)[55]等多因素的影響和驅(qū)動(dòng)，其中太陽輻射量的變化可能起到?jīng)Q定性作用。因此，本文著重探討太陽輻射量的變化在古氣候中對(duì) ENSO 的影響。

　　頻譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暖池區(qū) SST 具有明顯的接近 10 萬年的偏心率周期(96ka)，(圖 6)，說明暖池區(qū)上部水體的溫度可能受到太陽輻射量變化的影響，對(duì)比發(fā)現(xiàn)全球太陽輻射量的變化與赤道地區(qū)的溫度記錄也存在比較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖 7)。西太平洋暖池區(qū)的表層水體主要源自熱帶過程，因此我們認(rèn)為暖池區(qū) SST 的偏心率周期信號(hào)可能受赤道太平洋地區(qū)太陽輻射量的變化所直接控制。冰期向間冰期過渡時(shí)期，低緯度太陽輻射量的增加導(dǎo)致熱帶地區(qū) SST 上升(圖 7a、b、c、d)，增大了緯向上的 SST 梯度(圖 7a)，緯向 SST 梯度的增大則會(huì)加強(qiáng)海洋上方的風(fēng)場強(qiáng)度，使得次表層海水儲(chǔ)存了更多的熱量[56]，積累在次表層的熱量會(huì)通過調(diào)節(jié)次表層環(huán)流向暖池區(qū)的熱傳輸，最終調(diào)控赤道太平洋地區(qū) Walker 環(huán)流強(qiáng)度和 ENSO 活動(dòng)的長期變化[13]。同時(shí)，表層水體與海洋上方空氣的熱交換，會(huì)影響 ITCZ 的南北移動(dòng)，而 ITCZ 的移動(dòng)則會(huì)影響亞洲季風(fēng)的強(qiáng)弱[57, 58]。與熱帶西太平洋不同的是，赤道東太平洋的表層水主要來源于其南北兩側(cè)的中高緯度環(huán)流，因而主要記錄了高緯度信號(hào)[59]。通過對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，南大洋地區(qū)(MD97-2120)SST 與赤道東太平洋地區(qū)的 SST 記錄有著比較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖 7d、e)[60]。當(dāng)由冰期向間冰期過渡時(shí)，南大洋區(qū)域的冷異常會(huì)導(dǎo)致東南信風(fēng)的增強(qiáng)，加強(qiáng)的東南信風(fēng)進(jìn)一步使熱量向赤道地區(qū)傳播。同時(shí)，東南信風(fēng)的增強(qiáng)也使副熱帶—熱帶環(huán)流得以加強(qiáng)，從而導(dǎo)致赤道上升流的加強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了熱帶低緯地區(qū)的 SST 降低[61]。這一過程也可能對(duì) ENSO 變化起到一定的調(diào)控作用。

　　4 結(jié)論

　　本文利用西太平洋暖池核心區(qū) B10 巖芯浮游有孔蟲 G. ruber 和 P. obliquiloculata 的 Mg/Ca 和粘土礦物記錄，重建了晚更新世(287ka)以來暖池區(qū)上部水體溫度和東亞季風(fēng)的演化，通過頻譜分析及與其他指標(biāo)的對(duì)比得到了以下結(jié)論：

　　(1)冰期時(shí)，西太平洋暖池區(qū)溫躍層變淺，赤道東、西太平洋溫差減小，暖池區(qū)氣候處于類似現(xiàn)代 El Niño 的狀態(tài);而間冰期時(shí)，西太平洋暖池區(qū)溫躍層加深，赤道東、西太平洋溫差增大，暖池區(qū)氣候與現(xiàn)代 La Niña 狀態(tài)相似。

　　(2)冰期時(shí)，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值減小，伊利石/蒙脫石比值增加，說明此時(shí)東亞夏季風(fēng)減弱，暖池核心區(qū)降水相對(duì)減少;而間冰期時(shí)，蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值增加，伊利石/蒙脫石比值減少，說明此時(shí)東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，暖池核心區(qū)降水量增加。

　　(3)頻譜分析結(jié)果顯示，西太平洋暖池區(qū) SST 存在偏心率周期，說明太陽輻射量的變化可能驅(qū)動(dòng)了赤道太平洋地區(qū)的海氣耦合過程(即類 ENSO 式變化)。冰消期時(shí)，低緯度太陽輻射量的增加，增大了緯向上的 SST 梯度，并使得次表層海水儲(chǔ)存了更多的熱量，積累的熱量會(huì)通過調(diào)節(jié)次表層環(huán)流向暖池區(qū)的熱傳輸，最終調(diào)控赤道太平洋地區(qū) Walker 環(huán)流強(qiáng)度和 ENSO 活動(dòng)的長期變化。冰期時(shí)，南大洋地區(qū)降溫所引起的東南信風(fēng)和大洋環(huán)流異常可能對(duì)類 ENSO 式變化起到一定的調(diào)控作用。