树轮稳定同位素揭示欧洲阿尔卑斯山全新世夏季长期变干趋势及其重大意义

当前全球变暖及干旱极端事件受人为影响加剧，且现有气象测量时间受限，古气候重建存在不足。研究人员通过分析阿尔卑斯山树木的树轮稳定氧同位素（δ18O），重建欧洲夏季水文气候。结果发现全新世大部分时间有干燥趋势，这有助于理解气候与生态社会系统的关系。

　　在全球气候变化的大背景下，近年来，人类活动导致的全球变暖不断加剧，与之相关的干旱极端事件频繁发生，对生态和社会系统造成了严重破坏。然而，可靠的气象测量数据通常仅能追溯到 20 世纪，这使得人们对当前气候变化的认知缺乏历史维度的参照。同时，基于现有代理指标的古气候重建在时空上存在局限性，地球系统模型在模拟全新世气候变率方面也面临诸多挑战。比如，像冰芯、湖泊沉积物等长记录代理档案，在逐年和年代际时间尺度上信号强度不足；而较短的基于树木年轮的气候重建，虽然在高频领域表现出色，但难以捕捉长期气候趋势。因此，为了更好地理解过去气候的变化规律，预测未来气候变化的趋势，开展新的研究迫在眉睫。

来自国外的研究人员针对上述问题展开了深入研究。他们从奥地利、意大利和瑞士阿尔卑斯山高海拔地区的 192 棵现存和遗迹树木中，提取了 7437 个稳定氧（δ¹⁸O）同位素比值，以此来重建公元前 8980 年至公元 2014 年欧洲夏季水文气候的趋势和极端情况。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为深入了解欧洲过去的气候演变提供了重要依据。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，采集落叶松（Larix decidua Mill.）和瑞士石松（Pinus cembra L.）的木材样本，这些样本来自阿尔卑斯山高海拔地区。接着，对样本进行纤维素提取，并采用常规同位素比率质谱法（Isoprime 100）结合热解单元进行三重同位素分析，测量 δ¹⁸O 值。在构建树轮 δ¹⁸O 年代序列时，通过去除年龄相关趋势、进行地理校正和异常值处理等操作，确保数据的准确性。

研究结果主要从以下几个方面展开：

• 水文气候解释：树轮稳定同位素记录中的水文气候信号主要由土壤入渗降水和后续蒸发驱动。由于较轻的同位素蒸发更快，蒸发和蒸腾会使树叶中较重的同位素富集。研究发现，树轮 δ¹⁸O 记录反映了夏季水文气候的逐年和长期变化，其长期趋势主要归因于长期干燥，而非降水同位素的温度效应。虽然短期来看，温度与树轮 δ¹⁸O 呈正相关，但从长期趋势来看，树轮 δ¹⁸O 与冰芯和洞穴沉积物的温度重建结果一致。
• 水文气候重建：通过将最终的 δ¹⁸O 年代序列与区域子集的自校准帕尔默干旱严重指数（scPDSI）进行对比，发现二者存在显著正相关。这表明树轮 δ¹⁸O 能够有效反映夏季水文气候信号。研究人员基于树轮 δ¹⁸O 重建了阿尔卑斯山夏季 scPDSI，结果显示全新世大部分时间存在显著的长期干燥趋势，同时还存在明显的年际到多世纪的变化。在全新世早期，气候较为湿润，随后逐渐变干，其中最严重的夏季干旱出现在小冰期。

研究结论表明，欧洲在全新世大部分时间不仅气候温暖，而且较为湿润，但同时也存在极端气候事件。这一重建结果有助于建立环境与社会系统之间的稳健关系，为评估 21 世纪水文气候趋势和极端情况提供长期背景，有助于约束地球系统模型模拟的不确定性，推动全新世高精度气候代理记录的发展，激发对过去 9000 年环境与社会系统相互关系的跨学科研究。该研究成果对于理解气候演变规律、预测未来气候变化以及应对气候变化对生态和社会系统的影响具有重要意义。