基于湖泊中 brGDGT（生物标志物）的东亚夏季风北部边界 15,000 年温度记录

时间：2026年2月4日

来源：Quaternary Science Reviews

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基于湖泊沉积物中支链甘油二酯四醚（brGDGTs）的分析，本研究重建了东亚夏季风北部边界过去15,000年的月均高于 freezing温度（MAFT），揭示了气候变化阶段及驱动因素，如太阳辐射变化、冰盖退缩、大气环流调整等，并确认了太阳周期对区域温度变率的影响。

作者名单：詹楠（Nan Zhan）、朱泽阳（Zeyang Zhu）、李萍萍（Pingping Li）、王罗（Luo Wang）、文瑞林（Ruilin Wen）、谢曼曼（Manman Xie）、孙青（Qing Sun）、储国强（Guoqiang Chu）

中国自然资源部国家地质分析中心生态地球化学重点实验室，北京，100037

摘要

东亚夏季风（EASM）的北部边界是研究区域气候如何响应全球变化的关键区域，然而自上次冰期消退以来的古温度历史仍知之甚少。本文基于位于EASM北部边缘的双沟山火山口湖中的分支甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）数据，重建了过去15,000年的月平均温度（MAFT）变化。我们的MAFT记录揭示了重要的气候转变：在Bølling-Allerød时期（14.6–12.8千年前）温度上升了1.6°C，随后在Younger Dryas时期（12.8–11.7千年前）下降了1.8°C，进入中全新世时逐渐升温（11.7–7千年前），并从7千年前至今持续降温。这些变化与EASM更广泛区域及北半球的温度重建结果基本一致。机制分析表明，从上次冰期消退到中全新世（15-7千年前）的升温主要由北半球夏季太阳辐射增加驱动，并受到冰盖退缩和大西洋经向环流减弱的进一步影响。在11.7-7千年前期间，增强的火山活动可能产生了区域性的降温效应，部分抵消了45°N地区的强烈夏季辐射。自7千年前以来的长期降温主要由夏季太阳辐射减少和东亚冬季风增强驱动。此外，对MAFT时间序列的频谱分析发现了250年、83年和约60年的显著周期性变化（置信度99%），这些周期性与已知的太阳活动周期相对应，进一步证实了太阳辐射在区域温度变化中的作用。

引言

东亚夏季风（EASM）的北部边界是一个关键的气候过渡区，其气候受海陆温差（主要是欧亚大陆与太平洋之间的温差）以及EASM与中纬度西风共同作用的影响（Nagashima等人，2013年；Chen等人，2019年）。作为季风气候与非季风气候的分界线，该地区生态系统脆弱，对气候变化极为敏感，容易受到自然灾害的影响。因此，它是研究区域对全球气候变化响应的关键区域（Long等人，2010年；Chen等人，2019年；Zhou等人，2023年；Xiang等人，2021年）。尽管自上次冰期以来，在EASM核心区域已取得了相当大的古温度重建进展（Zheng等人，2017年，2018年；Wu等人，2023年；Zhu等人，2021年，2023年；Leng等人，2024年；Lin等人，2024年），但这一边缘区域的温度演变及其驱动机制仍不够明确。

尽管在EASM核心区域已广泛应用了多种古气候代用指标（如花粉（Stebich等人，2015年；Wen等人，2010年；Wu等人，2023年）、摇蚊（Wang等人，2018年）、烯酮（Sun等人，2018a年；Jiang等人，2024年）和分支甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）（Zheng等人，2017年，2018年；Zhu等人，2021年，2023年；Zhang等人，2021年）进行温度重建，但这些指标在边缘区域的有效性尚未得到充分验证，尤其是在解决十年尺度变化方面。这一限制尤为重要，因为气候波动（如温度和降水）在季风边界区域通常比核心区域更为明显（Long等人，2010年；Xiang等人，2021年；Zhou等人，2023年）。此外，EASM区域现有的基于代用指标的温度重建在某些时期（尤其是自上次冰期以来）存在不一致性，即使在邻近地区也是如此（Sun等人，2018a年；Zheng等人，2018年；Zhu等人，2021年，2023年；Lin等人，2024年；Leng等人，2024年）。这些温度变化的不一致性表明，EASM区域内的气候驱动机制尚未得到充分约束。因此，从EASM边缘区域开发高分辨率、年代明确的古温度重建对于深入理解区域气候变化至关重要。

湖泊沉积物是研究过去气候和环境信息的重要档案，能够提供广泛的时间尺度上的区域气候变异性的宝贵见解（Zheng等人，2017年，2018年；Zhu等人，2021年，2023年；Zhan等人，2025年）。它们的连续沉积和高时间分辨率使其成为区域古气候研究中的关键地质记录（Baxter等人，2024年；Zander等人，2024年；Zhao等人，2024年；Harning等人，2025年；Todd等人，2025年）。层状沉积物或年纹层的频繁出现为放射性测年方法提供了独立且精确的时间框架（You等人，2008年；Mingram等人，2018年）。brGDGTs是细菌膜的重要组成部分，由于其对气候和环境变化的敏感性，已成为湖泊古气候研究中的常用生物标志物（Schouten等人，2013年；Chen等人，2022年；Raberg等人，2022年）。使用brGDGTs进行的定量古气候重建依赖于分支四醚甲基化（MBT）和分支四醚环化（CBT）等指数（Weijers等人，2007年），这些指数与温度、pH值和其他环境变量有很强的相关性（Zhu等人，2021年，2023年；Leng等人，2024年；Zhan等人，2025年）。最近的方法改进进一步优化了这些指标，开发出了MBT’、MBT’_5ME、MBT_m、CBT’和CBT’_5ME等新指数，提高了准确性和环境适用性（Peterse等人，2012年；De Jonge等人，2014年；Zink等人，2016年）。结合来自全球或区域校准的经验转移方程，这些改进的指标提供了更精确的定量古温度估计（Martínez-Sosa等人，2021年；Raberg等人，2021年；Tian等人，2024年；Wang等人，2024年）。总体而言，这些进展使基于湖泊brGDGTs的温度测量成为重建第四纪大陆温度变化的强大工具（Jia等人，2013年；Zheng等人，2017年，2018年；Zhu等人，2021年，2023年；Leng等人，2024年；Zhan等人，2025年）。

尽管温度与brGDGTs分布之间存在密切联系，但基于brGDGTs解释古温度记录仍然具有挑战性（Zander等人，2024年；Harning等人，2025年）。重建的温度可能存在偏差，因为brGDGTs的分布不仅受温度影响，还受pH值、溶解氧、水深和盐度等其他环境因素的影响（De Jonge等人，2014年；Weber等人，2015年，2018年；Wang等人，2021年；Harning等人，2025年）。此外，brGDGT来源的变化也会显著影响温度估计。在湖泊环境中，细菌群落的变化可能会进一步复杂化温度信号，例如在温跃层以下深度产生的GDGTs可能呈现低温偏差（Weber等人，2015年；Yao等人，2020年；Zander等人，2024年）。

在本研究中，我们基于双沟山湖沉积物中的brGDGTs数据，重建了过去15,000年的高分辨率温度变化。主要目的是阐明EASM敏感北部边界的温度变化和气候演变。此外，通过将我们的新温度记录与更广泛区域的现有古气候记录相结合，进一步探讨了影响这一关键边界区域气候变化的关键驱动因素和机制。

研究地点

双沟山湖（120°44′E，47°28′N，海拔1290米）位于中国东北部的阿尔山-柴河火山场内，靠近EASM区域的北部边界（图1a）。从地理上看，该地点处于西伯利亚高压区、东亚夏季风（EASM）和中纬度西风的交汇处，因此对气候变化极为敏感。作为一个封闭的盆地，该湖泊的表面积约为0.12平方公里，最大深度为9.2米（图1）

基于brGDGT的温度校准方法的选择与验证

在我们之前的研究（Zhan等人，2025年）中，我们使用特定于湖泊的转移函数（方程（1），从双沟山湖重建了过去2000年的高分辨率（约10年）温度记录（Sun等人，2011年）。选择这个方程有两个主要原因：首先，重建的温度主要反映了月平均温度（MAFTs），这些温度偏向于生长季节（春季至秋季）。这种季节性偏差与实际情况一致

结论

我们基于双沟山湖中的brGDGTs数据，重建了过去15,000年的月平均温度。我们的记录显示，EASM北部边界的十年至百年尺度温度变化与EASM更广泛区域和北半球的趋势一致。在冰期消退期间（15–11.7千年前），Bølling-Allerød时期温度上升了1.6°C，随后

CRediT作者贡献声明

詹楠（Nan Zhan）：撰写初稿、方法论制定、资金获取、数据分析。朱泽阳（Zeyang Zhu）：数据可视化。李萍萍（Pingping Li）：数据调查。王罗（Luo Wang）：研究监督。文瑞林（Ruilin Wen）：软件开发与研究监督。谢曼曼（Manman Xie）：研究监督。孙青（Qing Sun）：撰写、审稿与编辑、资金获取。储国强（Guoqiang Chu）：撰写、审稿与编辑、资金获取。