近日，云南大学国际河流与生态安全研究院田立德研究员团队在Nature旗下期刊npj Climate and Atmospheric Science发表论文“A reconstructed PDO history from an ice core isotope record on the central Tibetan Plateau”（https://www.nature.com/articles/s41612-024-00814-y）。文章针对青藏高原内陆冰芯定年难题提供了新的解决方案，利用了频率分解的方法，通过对比冰芯同位素记录与南方涛动指数（ENSO Index）时间序列精确对比，建立了冰芯δ18O记录的过去300多年来年际尺度高分辨率时间序列（1677-2011 CE）。并以此为基础，重建太平洋十年涛动（PDO）在过去三个世纪的频率变化，揭示了PDO内部频率向高频转移。同时，文章提出厄尔尼诺事件频数的增加是导致羌塘冰芯δ18O在过去一个世纪剧烈上升的主要原因。冰芯中保存的氧同位素（δ18O）可以作为过去气候变化或大气环流变化的自然指标。青藏高原冰芯研究面临的一个主要挑战是精确定年的困难，阻碍了从冰芯保存的气候档案中检索气候信息。冰芯定年常用的方法是数年层法，然而，包括羌塘冰芯在内的大部分内陆冰芯，由于降水主要集中在夏季，冰芯积累过程中的δ18O信号没有明显的季节频率，给利用数年层法精准定年造成了困难，到目前为止，年际分辨率的冰芯定年结果依然难以实现，阻碍了对冰芯δ18O记录的解释。针对上述问题，该研究对羌塘冰芯前50米δ18O深度序列（D1-D5）进行频谱分析，利用多窗谱分析法（MTM）识别δ18O深度序列所记录的三种重要信号模态：ENSO模态、两年模态和一年模态，其中，ENSO模态表示冰芯记录的ENSO周期信号，两年模态和一年模态为冰芯积累过程中的δ18O信号的两年周期和一年周期。接着，该研究利用变分模态分解（VMD）算法提取三模态对应的本征模态函数（IMFs）：ENSO模态（IMF2）、两年模态（IMF3）、一年模态（IFM4）。该研究的定年方法是将冰芯三种模态信号与ENSO Index进行极值匹配，从而将冰芯δ18O深度序列转换为时间序列。冰芯ENSO模态（IMF2）与ENSO Index在频率波动上具有高度一致性（图1），通过调整ENSO Index时间间隔，可以确定冰芯年层的对应样品。利用该定年方法，确定了羌塘冰芯0-50米的335年δ18O高分辨率时间序列。该研究通过提取羌塘冰芯δ18O序列（1677-2011 CE）的25-35年滤波和50-70年滤波，重建了PDO在过去三个世纪的频率变化（图2a）。对PDO重建序列进行小波分析发现在1900左右气候发生突变。在1700-1900年期间，50-70年的周期性占主导地位，而在1900年以后，25-35年的周期性更为活跃（图2b）。PDO在过去三个世纪展现出一个明显的频移。这种频率的转变被认为与全球变暖有关，海洋分层加强，罗斯贝波加速，太平洋年代际变率向高频转移。云南大学为论文的第一作者单位，国际河流与生态安全研究院2021级硕士研究生李世杰为论文第一作者，田立德研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（42371144，42271143）、中国科学院战略先导专项（XDB40000000）和云南省科技厅（202201BF070001-021）等项目的共同资助。论文信息：Shijie Li，Lide Tian，Zhongyin Cai，Di Wang，Lili Shao，Xiaoyi Yang，Shangjie Wang，Feng Liu，Pengbin Liang.2024.A reconstructed PDO history from an ice core isotope record on the central Tibetan Plateau.(https://doi.org/10.1038/s41612-024-00814-y)
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图1羌塘冰芯D1区间匹配定年。δ18O深度序列（a，灰线）及其对应的三个模态：一年模态（b）、两年模态（c）、ENSO模态（d）以及ENSO Index（e），红色线（a）为D1区间的定年结果。
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图2本文PDO重建序列（1677-2011 CE）与其它PDO重建序列的对比（a）；PDO重建序列小波分析（b）；PDO重建序列与器测PDO序列的对比（c）。
