厄尔尼诺(‌El Niño‌)是发生于赤道太平洋地区的海洋-大气过程，表现为赤道太平洋东部和中部海表温度异常升高，一般2–7年发生一次。厄尔尼诺能够塑造全球降水与温度格局，诱发美洲、亚洲和大洋洲等地区的洪涝、干旱、林火等极端灾害，对各地的农业生产、交通贸易、基础设施、公共卫生等造成重大冲击，是全球重要的气候灾害问题；与厄尔尼诺相反，赤道太平洋东部和中部海表温度异常降低的现象称为拉尼娜(La Niña),二者交替出现，共同构成赤道太平洋海温的冷暖循环震荡。南方涛动(Southern Oscillation)是指发生在东南太平洋与印度洋-印尼地区之间的反相气压振动，是热带环流系统的年际变化中最突出、最重要的现象之一。厄尔尼诺海水温度场的变化与南方涛动现象中的气压场变化具有密切的内在联系，因此，二者合称为“厄尔尼诺-南方涛动”（ENSO）。ENSO主导着全球大范围的年际气候波动，其变化规律和机制历来受到学界关注。但是，由于仪器观测时期相对较短，人们对ENSO长期变化特征的认识非常有限。当前，2026–2027年超强厄尔尼诺事件正在发展，要客观评估此次强厄尔尼诺事件在太平洋气候长期演变中的位置，需要依托更长时间尺度的ENSO历史重建记录。

树木年轮是记录过去气候变化的重要“档案”之一，其中的碳氧同位素是记录过去气候要素的有效工具。树木年轮中的¹⁴C含量记录了树木生长当年大气Δ¹⁴C的水平，是重建过去太阳活动､碳循环和环境变化的理想材料。然而，目前全球“核爆前期”（即20世纪50年代大规模大气核试验之前）的Δ¹⁴C记录在热带和亚热带地区的数据十分稀缺。中国东部地处东亚季风区，树木生长直接受到来自太平洋的东南季风影响，因此，该地区的树木年轮Δ¹⁴C可能记录赤道太平洋厄尔尼诺的变化规律。

赌博论坛 鹿化煜教授团队以浙江天目山国家级自然保护区的柳杉(Cryptomeria fortunei)为研究对象，于2022年1月采集了40株树木的87个树轮样芯，通过交叉定年建立了可靠的树轮宽度年表。在赌博论坛 加速器质谱年代与环境实验室对1850–1933年的树轮样品进行高精度加速器质谱（AMS）¹⁴C分析，构建了中国东部地区首条核爆前期年度分辨率的大气Δ¹⁴C序列（以下简称XTM序列）。

研究发现，XTM序列与北半球¹⁴C校正曲线IntCal20高度吻合，两者加权平均偏差仅为-0.40 ± 0.26‰（3.2 ± 2.1年），而与南半球校正曲线SHCal20则存在明显差异。这表明中国东部大气Δ¹⁴C水平与北半球高纬度地区并无显著区域偏差，IntCal20曲线可直接用于该地区¹⁴C测年样品的校正，而无需采用南北半球混合曲线（图1）。

图 1西天目山（XTM，黑点）1850–1933年Δ¹⁴C记录与西欧（ETH，红色圆点）、北美（UW，蓝色圆点）Δ¹⁴C记录及IntCal20（灰色条带）、SHCal20（绿色条带）校正曲线的对比。

通过集合经验模态分解、REDFIT谱分析和交叉小波分析等多种方法分析发现，与西欧（ETH）和北美（UW）的高纬度树轮记录相比，XTM记录中2–7年的厄尔尼诺南方涛动（ENSO）信号更强，而太阳活动的11年周期信号则相对较弱（图2）。

 图 2 XTM（西天目山）、ETH（西欧）、UW（北美）Δ¹⁴C序列与太阳黑子群数（GN）、南方涛动指数（SOI）、集合海洋尼诺指数（EONI）和北美干旱图集（NADA）等ENSO指标的交叉小波分析结果。

为了尽量去除太阳活动信号，研究团队进一步将XTM序列对IntCal20校正曲线做线性回归并提取残差。交叉小波分析结果表明，该残差与SOI、EONI、NADA三种ENSO代用指标的均值在2–7年的共同周期信号更强，证明这种2–7年周期确实是ENSO周期，而非太阳活动周期的谐波（图3）。

图3 XTM序列对IntCal20校正曲线进行线性回归的残差（ResIntCal20，红色线条）与归一化ENSO代用指标均值（ENSO mean，蓝色线条）的对比及其交叉小波谱。

本研究进一步揭示了大气Δ¹⁴C序列对ENSO响应的物理机制：赤道太平洋是全球大气最大的海洋碳源。厄尔尼诺事件期间，沃克环流减弱、赤道太平洋上升流受到抑制，自海洋释放到大气中的“贫¹⁴C”的CO₂大幅减少，海面的东风风速也同步减小，输送到东亚的“贫¹⁴C”的CO₂随之减少，树木在光合作用中相对更多地吸收了¹⁴CO₂，因此，XTM树轮Δ¹⁴C水平升高。拉尼娜事件期间则正好相反，增强的沃克环流和上升流使“贫¹⁴C”的CO₂向东亚的输送量显著增加，导致XTM树轮Δ¹⁴C水平下降（图4）。相比于西欧和北美地区，东亚地区位于赤道太平洋的下风向，直接受到赤道太平洋CO₂输送的影响，这解释了XTM中ENSO信号明显强于ETH和UW的原因。

   图4 北半球树木生长季海表风场与海气CO₂通量在（a）平均态、（b）厄尔尼诺、（c）拉尼娜状态下的分布。红色星标为西天目山采样点，红色三角形为ETH（西欧）和UW（北美）序列的采样点。

研究首次通过提供热带-亚热带地区树轮的直接证据，证实ENSO能够显著影响大气Δ¹⁴C的年际变化，支持将热带-亚热带地区高精度树轮Δ¹⁴C记录作为重建过去ENSO变率代用指标的潜力。研究同时深化了对全球Δ¹⁴C分布规律及其驱动机制的认识，对中国东部乃至东亚季风区的¹⁴C测年校正具有重要参考价值｡

相关成果以“Annual Atmospheric Δ¹⁴C Variation in the Subtropics During 1850–1933 CE Linked to ENSO”为题发表于国际学术期刊《Geophysical Research Letters》上。赌博论坛 博士生林鹏雨为第一作者，鹿化煜教授为通讯作者，江苏第二师范赌博论坛 赵业思博士，赌博论坛 史江峰副教授、张红艳高级工程师、顾铫博士也参与了这项研究工作。研究得到了国家重点研发计划（2023YFF0804700、2023YFF0804703）和赌博论坛 关键地球物质循环前沿科学中心“GeoX”跨学科研究基金（2023300297）的资助。

论文信息：
Lin, P. Y., Lu, H. Y., Zhao, Y. S., Shi, J. F., Zhang, H. Y., Gu, Y., & Zhao, M. S. (2026). Annual atmospheric Δ¹⁴C variation in the subtropics during 1850–1933 CE linked to ENSO. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL125917. DOI: 10.1029/2026GL125917

论文连接: //agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2026GL125917

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林鹏雨 供稿，鹿化煜 审阅