在末次冰消期（距今约1.9-1.1万年），东亚季风区的植被和气候经历了波澜壮阔的变化：在轨道尺度长期变暖趋势上，陆地生态环境格局发生巨大变化，进一步奠定了东亚季风区现今的气候环境格局；同时，出现了多次千年尺度气候突变事件，导致植被和气候在短短几百年内急剧变化。现今的全球气候格局，是不同时间尺度的气候过程叠加而形成的。末次冰消期除了轨道长期趋势和千年尺度突变事件外，是否存在百年尺度植被和气候周期，驱动机制如何，一直缺乏高分辨率、精确定年的地质证据来回答这些问题。中国科学院地质与地球物理研究所副研究员徐德克、研究员储国强、研究员吕厚远等，联合云南师范大学教授沈才明、中国地质调查局国家地质实验测试中心研究员孙青，利用我国东北吉林小龙湾玛珥湖年纹层精确定年、约29年分辨率的孢粉记录开展系统研究。该工作利用希尔伯特黄变换、小波变换、谱分析等时间序列分析方法，发现末次冰消期除轨道长期趋势和千年尺度突变事件外，还存在约500年的植被和季风周期变化（图1），即温带落叶阔叶林、北方针叶林+草原植被存在跷跷板式的反向变化模式，反映了东亚季风的暖湿和冷干相位变化过程。暖湿相位极值期分别对应：距今～19.45、～19.05、～18.45、～17.85、～17.50、～17.10、 ～16.60、～15.85、～15.05、～14.45、～14.05、～13.60、～13.10、～12.60、～12.35、～11.90、～11.60 和 ～11.10千年前。研究显示：轨道长期趋势和千年尺度突变事件的贡献率为50%-75%；约500年周期的贡献率为6%-13%，是叠加在轨道长期趋势和千年尺度突变事件之上的。研究通过与东亚石笋和赤道西太平洋海温记录对比发现，约500年周期可能与赤道太平洋百年尺度的海温异常，即厄尔尼诺和拉尼娜事件频率有关（图2）。当赤道西太高温异常（拉尼娜态）时，西太副高向西北移动，夏季风增强，雨带向东亚大陆西北移动，使北方地区变得更加温和湿润，适合温带落叶阔叶林生长；当赤道西太低温异常（厄尔尼诺态）时，西太副高向东南移动，夏季风减弱，雨带向东亚大陆东南移动，使北方地区变得更加寒冷干燥，适合针叶林和草原植被生长。这表明末次冰消期约500年的东亚植被和季风周期是低纬热带海汽耦合过程的结果，可调控我国北方旱涝和植被格局的变化（图3）。该研究首次发现在末次冰消期存在约500年的植被和气候周期，反映了东亚季风与低纬热带海汽耦合过程存在密切联系。这是该团队利用多种时间序列分析方法，在全新世百年尺度周期性古气候变化研究方面的延续性成果。上述研究对于探索百年尺度气候变化的规律以及评估未来的气候演变对人类生存环境空间格局的影响具有重要意义。研究成果发表在《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项（B类）的支持。论文链接图1. 阔叶树和针叶树+草本植物百分比的时间序列分析结果。（a、d）希尔伯特黄变换结果：c0分量代表原始的阔叶树、针叶树+草本植物百分比。为了去除高频波动（c1+c2）和轨道趋势和千年尺度突变事件（c8–c11），作者对原始c0分量进行分解，并把c3–c7分量相加，生成了一个新的去趋势时间序列（c3–c7）。作者使用多元线性回归模型计算了分量的解释方差。（b、e）阔叶树、针叶树+草本植物百分比谱分析结果。（c、f）阔叶树、针叶树+草本植物百分比小波分析结果。图2.  厄尔尼诺南方涛动、阔叶树、针叶树+草本植物时间序列分析、小波相干性和相位关系结果。（a）东亚石笋δ18O记录、长链正构烷烃δ13C27-31记录、基于苏禄海表温度记录的厄尔尼诺南方涛动代用指标希尔伯特黄变换结果的c3分量、阔叶树、针叶树+草本植物的希尔伯特黄变换结果的c6分量，以及白蜡树属和榆属花粉百分含量。（b）阔叶树、针叶树+草本植物花粉百分比小波相干分析结果。相位关系由箭头表示【几乎同相位，指向右侧（逆时针从315°到45°），阔叶树领先针叶树和草本植物270°（箭头指向正上方，逆时针从225°到315°），反相指向左侧（逆时针从135°到225°）】。在约19.96–10.79千年前，阔叶树和针叶树+草本植物之间存在约500年周期性的反相关系。在约19.00–17.70和约17.00–10.79千年前（第2-4和第6-18个周期），厄尔尼诺南方涛动和阔叶树之间存在约500年周期性的几乎同相变化关系。蓝色条带表示海因里奇1和新仙女木冷期，黄色条带表示博陵阿罗德和早全新世暖期。绿色虚线表示阔叶树与针叶树+草本植物之间的反相关系。图3. 东亚季风区旱涝格局机制