時(shí)間：2014-10-22來源：北京日報(bào)
劉建成
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黃土高原位于亞洲季風(fēng)的邊緣區(qū)，是黃河中游的重要水、沙來源。日前，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所譚亮成副研究員等通過對甘肅烏鴉洞兩支石筍的研究，重建了黃土高原西部地區(qū)近400年以來的高分辨率降雨變化，揭示黃土高原地區(qū)降雨變化呈現(xiàn)明顯的準(zhǔn)50年周期，并與歷史上幾次大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)和饑荒有著對應(yīng)關(guān)系。
降雨變化暗合太平洋十年濤動(dòng)周期
中科院地球環(huán)境所研究人員聯(lián)合國內(nèi)外同行，分析了甘肅西和縣烏鴉洞的兩支石筍最近370年來的生長變化數(shù)據(jù)。兩支石筍的生長變化數(shù)據(jù)非常一致，可相互驗(yàn)證。在最近的幾十年，石筍數(shù)據(jù)記錄和氣象觀測到的當(dāng)?shù)亟涤炅孔兓泻芎玫南嚓P(guān)關(guān)系，揭示石筍生長變化數(shù)據(jù)記錄可以反映過去370年的當(dāng)?shù)亟涤曜兓＿M(jìn)一步的空間相關(guān)分析顯示，烏鴉洞地區(qū)的降雨變化和整個(gè)黃土高原地區(qū)，特別是黃土高原西部地區(qū)的降雨量變化顯著正相關(guān)，說明烏鴉洞石筍生長變化數(shù)據(jù)記錄能代表整個(gè)黃土高原地區(qū)，特別是黃土高原西部地區(qū)最近370年的降雨變化。
他們的石筍重建記錄和同一地區(qū)的樹輪降雨重建結(jié)果有很好的一致性，揭示黃土高原地區(qū)降雨變化呈現(xiàn)明顯的準(zhǔn)50年周期。結(jié)論如下。
最近370年研究區(qū)的顯著干旱時(shí)段：1670至1680年代；1760至1770年代前期；1810至1820年代；1860至1870年代；1910年代后期至1920年代；1970年代以及1990年代后期。
而19世紀(jì)末期以來的干旱趨勢明顯。
最近370年研究區(qū)的顯著濕潤時(shí)段：1690至1730年代；1780至1800年代；1830至1850年代；1880至1900年間。
同時(shí)，黃土高原的降雨變化的準(zhǔn)50年周期也和太平洋十年濤動(dòng)周期相似。進(jìn)一步的對比研究也證實(shí)，歷史時(shí)期的幾次干旱事件都對應(yīng)于十年濤動(dòng)的暖相位。十年濤動(dòng)的特征為太平洋北緯20度以北區(qū)域，表層海水溫度異常偏暖或偏冷。在太平洋十年濤動(dòng)“暖相位”期間西太平洋偏冷而東太平洋偏暖，在“冷相位”期間西太平洋偏暖而東太平洋偏冷。
現(xiàn)代氣象記錄的研究顯示，在十年濤動(dòng)“暖相位”期間，類似于厄爾尼諾狀態(tài)，東亞夏季風(fēng)減弱，西太平洋副熱帶高壓南移，這會導(dǎo)致黃土高原地區(qū)降雨的減少。反之，在十年濤動(dòng)“冷相位”期間，東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，西太平洋副熱帶高壓北推，這會導(dǎo)致雨帶更多地停留在黃土高原地區(qū)，造成降雨的增加。因此，十年濤動(dòng)的變化也是黃土高原地區(qū)歷史時(shí)期降雨變化的影響因子。
“南泥灣”大生產(chǎn)正處于濕潤氣候階段
由于黃土高原屬于半干旱、半濕潤區(qū)，降雨是影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展乃至人民生存的重要因素。歷史文獻(xiàn)記錄顯示，黃土高原地區(qū)最近370年有兩次大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)——清康熙和雍正時(shí)期的農(nóng)業(yè)開發(fā)，以及20世紀(jì)30至40年代陜甘寧邊區(qū)開發(fā)；而這兩次大規(guī)模的開發(fā)都對應(yīng)于石筍記錄的濕潤氣候階段。這說明，盡管政策導(dǎo)向很重要，但適宜的氣候?yàn)楫?dāng)時(shí)黃土高原的農(nóng)業(yè)開發(fā)提供了必要條件。
與之相反的是，重大干旱事件對黃土高原的影響更是巨大。歷史時(shí)期的幾次大饑荒都對應(yīng)于年代際的嚴(yán)重干旱事件。比如，19世紀(jì)70年代中后期清光緒年間，包括黃土高原在內(nèi)的我國北方地區(qū)發(fā)生了一次特大饑荒，造成1000余萬人餓死，另有2000余萬災(zāi)民逃荒到外地，影響人口更是達(dá)到了1.6億至2億，對中國晚清歷史發(fā)生了深遠(yuǎn)影響。時(shí)任山西巡撫的曾國荃稱之為“二百余年未有之災(zāi)”，史稱“丁戊奇荒”。這次大饑荒主要是當(dāng)時(shí)的嚴(yán)重干旱導(dǎo)致，對應(yīng)于石筍記錄中的1860至1870年代的嚴(yán)重干旱事件。
上世紀(jì)20年代類似的嚴(yán)重干旱又再次發(fā)生，干旱從1910年代末期開始，1920年代末期達(dá)到頂峰。這次事件造成的饑荒范圍和嚴(yán)重程度和“丁戊奇荒”有著驚人的相似，當(dāng)時(shí)的傳教士評價(jià)稱西北陷入“活地獄”。 以陜西為例，陜西原有人口1300萬，在上世紀(jì)20年代末的三年大饑荒中，死者多達(dá)300多萬，流離失所600多萬人，兩者相加占全省人口的70%。甘肅的情況和陜西相似，有的報(bào)道說“甘肅情況已將無人跡，查災(zāi)者多不敢深入，恐糧絕水盡而不生還”。一些地方傳教士記載道“居民絕食或缺種子者已達(dá)百分之八十，故多以嬰兒烹食充饑”、“其最慘日必餓死數(shù)千人，各縣兒童不敢出戶”。
200年來黃河四次大決口都和氣候變化有關(guān)
由于黃土高原是黃河中游的重要水、沙來源，其降雨變化不僅對當(dāng)?shù)赜兄匾绊懀€對保障黃河流域的水安全有重要作用。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，最近240年，歷史文獻(xiàn)記載的黃河中游三門峽的徑流量變化和石筍重建的黃土高原降雨量變化非常一致。黃土高原干旱的時(shí)期，黃河中游的徑流量都是偏少的。反之，最近200年，黃河的四次大的決口事件，分別是1841至1843年祥符決口、1855年銅瓦廂決口、1887年鄭州決口和1938年花園口決堤，都對應(yīng)于石筍記錄的降雨最豐富的時(shí)段。盡管1938年花園口決堤是為了阻止日軍進(jìn)攻而人為炸開的，但這一時(shí)期黃河的高徑流量是前提。這揭示黃土高原地區(qū)的降雨變化對黃河水安全的重要影響。
該項(xiàng)研究凸顯出，如果未來我國北方地區(qū)氣候轉(zhuǎn)濕的話，需要特別注意黃河的防洪問題。
石筍記錄顯示，黃土高原的降雨變化有顯著的準(zhǔn)50年變化周期，和印度季風(fēng)變化的周期相似。另外，最近370年黃土高原地區(qū)的石筍記錄也和反映印度季風(fēng)變化的印度地區(qū)的石筍記錄一致，這揭示印度季風(fēng)帶來的熱帶海洋的水汽對黃土高原降雨的重要影響。
延伸閱讀
洞穴石筍記錄氣候變化
我們都知道，石筍是由洞穴滴水形成的。由于形成石筍的滴水主要來自大氣降水，而大氣降水在往洞穴滲流的過程中又溶解了土壤和基巖的物質(zhì)，因此，石筍的化學(xué)組分保留了大氣降水和洞穴上覆土壤的化學(xué)組分信息。這些化學(xué)組分的變化和氣候-環(huán)境變化有密切關(guān)系，因此通過測試石筍的年代，以及分析石筍的化學(xué)組分，比如碳、氧同位素和微量元素等，就能知道歷史時(shí)期的氣候-環(huán)境變化。
確定石筍的形成年代，主要是利用高精度的電感耦合等離子質(zhì)譜儀，分析各種核素的濃度，結(jié)合它們的半衰期，就能知道樣品的沉積后經(jīng)歷的時(shí)間，也即年齡。當(dāng)然，如果石筍中能看到有年紋層，像樹木年輪那樣，我們也能通過計(jì)算年輪的數(shù)目，來獲知石筍的形成年齡。
在石筍的古氣候研究中，氧同位素應(yīng)用的最多。那么，石筍氧同位素的變化如何反映歷史時(shí)期的氣候變化呢？我們知道，大氣降水都是源自海洋蒸發(fā)的氣團(tuán)。水分子中的氧，主要有兩種同位素，氧16和氧18（另外一種氧17含量很低）。當(dāng)水汽從海洋蒸發(fā)的時(shí)候，質(zhì)量較輕的氧16先蒸發(fā)，而當(dāng)水汽凝結(jié)降落的時(shí)候，較重的氧18會先降落。那么，一個(gè)地區(qū)降雨越多，輕的氧16會越降越多，當(dāng)?shù)亟邓械难跬凰貢容^偏輕。根據(jù)這個(gè)原理，通過分析歷史時(shí)期石筍中氧16與氧18含量的變化，就可以推斷過去的氣候變化。
圖/華蓋創(chuàng)意
