邓广超、邓文峰等-GRL:珊瑚碳同位素记录揭示气候模式低估小冰期热带光合有效辐射减弱幅度

  

热带低云反馈是制约气候敏感度准确评估的关键不确定性来源之一,但长时间尺度海表短波辐射记录十分匮乏。光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)是表征海表短波辐射变化的重要指标。大型块状滨珊瑚骨骼碳同位素(δ13C)主要受共生藻光合作用影响,与光照变化密切相关,因此可作为重建过去海表PAR变化的理想天然载体。基于此,中国科学院广州地球化学研究所博士后邓广超和合作导师邓文峰研究员等以海南岛东部块状滨珊瑚为研究对象(图1),建立了珊瑚骨骼δ13C与卫星观测PAR的定量关系(图2),并进一步重建了中世纪气候异常期(MCA; 1129-1264 CE)和小冰期(LIA; 1631-1771 CE)南海北部月分辨率PAR变化历史(图3a),取得了以下主要认识:

 (1)在扣除人为苏斯效应后,珊瑚骨骼δ13C与卫星PAR之间呈显著正相关关系,据此建立了二者之间的线性转换关系(图2)。

 (2)珊瑚重建结果表明,与MCA相比,LIA期间南海北部年平均PAR下降约22%,其中夏季和冬季PAR分别下降约22%和26%,而PAR季节性变化仅略有减弱(图3a);蒙特卡洛重采样结果进一步支持了这一结果,表明LIA时期南海北部海表光照整体明显减弱。

 (3)同一海域珊瑚Sr/Ca、海水δ18O记录以及周边区域多种代用指标共同表明,LIA时期南海北部及邻近区域气候环境总体表现更冷、更湿。这说明LIA时期海表光照减弱最可能与更明亮、更广泛的低云覆盖有关,而频繁火山喷发引起的气溶胶-云相互作用可能进一步增强了这一过程(图3)。

 (4)珊瑚记录显示,LIA时期PAR较MCA下降约22%;然而,CMIP6/PMIP4 past1000模拟在相同时段给出的PAR变化不足0.2%,未能再现MCA与LIA之间海表光照的显著差异。这表明现有气候模式可能低估了火山气溶胶微物理过程及热带低云对气候变化的响应敏感性。

 上述研究首次重建了南海北部工业化时期之前月分辨率PAR记录,为认识LIA热带海表短波辐射变化特征及检验相关气候模式提供了新的古气候证据。

图1 研究区域、采样点以及PAR的季节性变化

图2 珊瑚骨骼δ13CPAR的校准关系

图3 南海北部及其临近区域MCALIA期间PAR及环境指标对比

 本研究受到国家重点研发计划项目(2023YFF0804801)、国家自然科学基金项目(42273009)、中国科学院青年创新促进会项目(2021352)以及中国科学院广州地球化学研究所涂光炽优秀青年学者奖(TGC202205)等联合资助。

 论文信息:

 Deng, G. (邓广超), Guo, H. (郭慧敏), Chen, X. (陈雪霏), Zhao, J. (赵建新), Wei, G. (韦刚健), Deng, W. (邓文峰) *,  2026. Coral δ13C Reveals Little Ice Age Dimming of Tropical Surface Shortwave Radiation Not Captured by Climate Models. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL121885. https://doi.org/10.1029/2026GL121885.

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