長江是我國第一大河，約占全國河流徑流總量的36%，養育了全國近三分之一的人口。長江流域大部分水能資源都集中在上遊地區，全球變暖背景下，上遊地區極端水文事件頻發，對上遊及中下遊地區的社會生産和人民生命财産安全産生了重要影響。然而，長江上遊水系氣象、水文台站稀疏，且大多數台站的實測資料不足60年，限制了人們對該地區極端水文事件特征等規律的認識。長江上遊地區主要受印度夏季風影響，絕大多數極端水文事件也發生在夏季，因此需找到一種具有高分辨率、定年準确，且能準确反映區域夏季徑流變化的代用記錄。

樹木年輪以空間分布範圍廣泛、定年準确、分辨率高及複本量好等特點，正成為研究過去氣候變化的首選代用資料之一。與傳統的樹輪寬度指标相比，樹輪氧同位素受到樹木“年齡效應”的影響很小，可以保留更多的氣候低頻信号。季風區的樹輪氧同位素受區域蒸發和降水氧同位素的影響，這些都與夏季（樹木生長季）降水密切相關。同時，河流徑流的變化也主要受夏季降水的影響。因此，樹輪氧同位素可以用于河流夏季徑流量變化的重建。

為理解長江上遊極端水文事件的變化特征及其對全球變暖的響應，中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境院重點實驗室季風系統演化課題組安文玲副研究員等聯合中國氣象局成都高原氣象研究所，于2017年在長江上遊（四川甘孜州白玉縣）地區進行樹木年輪樣品采集（圖1）。

圖1 研究區域地理位置（a）及區域氣候特征（b）、采樣環境（c）

研究團隊通過對6棵樹芯3067個樣品的測量，建立了長江上遊地區過去700多年來（1260-2017年）的樹輪氧同位素序列。根據樹輪氧同位素與夏季（6-8月）徑流量的高度相關關系（相關系數為-0.72，自由度為67），他們重建了長江上遊過去700多年來的夏季（6-8月）徑流量變化，解釋方差為51.3%（圖2）。

圖2 基于樹輪氧同位素序列的長江上遊夏季徑流量重建。（a）樹輪氧同位素與月徑流量相關分析；（b）重建方程；（c）重建序列）；（d）重建序列的概率密度分析

重建序列顯示，長江上遊夏季徑流量呈下降趨勢，尤其是最近幾十年的徑流量為過去700年來最低值。根據重建序列，分析了極端幹旱和極端洪澇事件（平均值±1個标準差）在四個時段的重現期：重建期、1850年之前、1850年之後和器測時段。研究發現，極端幹旱事件的重現期自1850年之後顯著縮短，而洪澇事件的重現期相對穩定（圖3）。同時，以30年為窗口，建立極端幹旱和洪澇事件發生的時間變化序列（圖4）。結果顯示，極端幹旱事件呈現出多年代際的變化特征，最近100多年極端幹旱事件顯著增加。這表明，全球變暖背景下，長江上遊地區極端幹旱的發生頻率顯著增加，而最近幾十年是過去700年來極端幹旱事件最多的時期。

圖3 極端幹旱（a）和洪澇事件（b）重現期分析

進一步分析發現，在年際到年代際尺度上，極端幹旱和洪澇事件主要受印度夏季風的控制（圖4）。全球增溫背景下，海陸溫差減小，印度夏季風随之減弱，導緻水汽輸送減少，從而造成極端幹旱事件增多，極端洪澇事件則減少；同時，增溫導緻區域蒸發增強可能也是導緻極端幹旱事件增加的原因。

圖4 極端幹旱（a）和洪澇事件（b）變化序列及其與印度夏季風（c）的關系

上述結果揭示了全球增溫導緻長江上遊地區極端幹旱事件頻發。根據最近的模型結果預測，溫度升高的背景下，印度季風的變率增強、區域蒸發也會有所增強，未來這一區域可能面臨更多的極端事件。

研究成果發表于國際學術期刊JGR-Atmosphere（安文玲，李金建，王姝，許晨曦*，邵雪梅，秦甯生*，郭正堂. Hydrological Extremes in the Upper Yangtze River Over the Past 700 yr Inferred From a Tree Ring δ18O Record [J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD036109. DOI: 10.1029/2021JD036109）。研究受到國家自然科學基金（41772173, 41888101, 42022059, 41630529, 41877457）等多個項目資助。

美編：陳菲菲

校對：萬鵬

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