颜红博士团队利用蜗牛壳重建了发生在中国郑州的“7.20”超级暴雨。这种创新方法可以更仔细地观察历史天气模式，并表明由于气候变化，此类事件的频率和强度可能会发生变化。

闫红团队利用蜗牛壳重建了郑州“7·20”特大暴雨，并推测随着全球气候变暖，此类极端天气事件可能变得更加常见。

2021年7月，中国中部郑州遭遇特大暴雨袭击（时名为“7.20”特大暴雨），当地日降水量超过300毫米，三天内该地区降水量接近全年降水量。

虽然“7.20”特大暴雨在气象统计学上被视为“千年一遇”的天气事件，但这一说法是基于过去一百年的仪器观测数据得出的。随着全球气候变暖，极端天气事件的气候背景也在迅速变化。因此，“7.20”特大暴雨是“千年一遇”的灾难还是全球变暖的新常态，仍是一个亟待解决的问题。鉴于这种不确定性，获取不同气候条件下极端天气事件的变化可以大大提高我们对极端天气事件机制和动力学的认识。

然而，由于大多数现代仪器数据的时间跨度较短（不超过100年），且目前大多数古气候记录的时间分辨率较粗（从几年到几千年不等），可以说，迄今为止我们对极端天气变化与气候背景之间的内在关系的认识几乎为零。

图 1. (a) 东亚主要季风气候区及采样点位置图。地形图来自 https://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/，红色圆圈和白色圆圈分别代表采样点和北京。缩写：ISM，印度夏季季风；EASM，东亚夏季季风；EAWM，东亚冬季季风。 (b) 郑州多年平均每月 T、P 和 δ18O 降水量（IAEA，http://www.iaea.org/water）。灰色条代表郑州 Cathaica fasciola 的生长季。4 月至 10 月每月平均 T > 10oC。 (c) 陆生蜗牛 Cathaica fasciola 和蜗牛壳切割和采样的示意流程图。红线代表用于 GSMS 测定的子样本的采样路径；黄色箭头代表取样方向，与生长方向相反。放大部分显示 SIMS 分析的取样点。图片来源：©中国科学出版社

目前，中国科学院地球环境研究所洪岩博士后团队利用当地蜗牛壳重建了“7.20”特大暴雨，在“7.20”特大暴雨的中心之一郑州—荥阳地区采集了4个现代蜗牛壳（ Cathaica fasciola ）（图1）。

图 2. (a) 0918-1 和 1218-1 的 SIMS δ18Oshell 记录。黑色箭头表示增长方向。(b) 每日降水记录来自国家气象信息中心 (http://data.cma.cn/)。(c) (a) 虚线矩形内的详细信息。0918-1 和 1218-1 因“7.20”暴雨而测量的 δ18Oshell 振幅之间的比较。(d) 理论值与测量值的 δ18Oshell 振幅的概率密度分布。(e) “7.20”暴雨造成的理论值与测量值的 δ18Oshell 振幅的平均值和 90% 置信区间。图片来源：©中国科学出版社

利用气源质谱（GSMS）和二次离子质谱（SIMS）获取了2021年6月至9月蜗牛壳δ18O周和日解析记录。日解析记录显示，6月18日至9月18日之间出现了一个急剧的负偏移，根据已建立的年龄框架，这很可能与“7.20”特大暴雨有关。此外，利用通量平衡模型根据此次δ18O偏移幅度计算出的“ 7.20 ”特大暴雨的理论降水量与当地气象站观测到的降水量非常接近（图2）。

图 3. 该方法涉及几个步骤。步骤 1：仔细选择有代表性的黄土剖面，并通过测年方法确定其年代顺序。从这些剖面中以特定的分辨率收集黄土粉样品和化石蜗牛样品。确定黄土粉样品的磁化率 (MS) 和平均粒径 (MGS)，以建立随时间变化的局部气候变化模式的综合框架。对蜗牛样本进行分类鉴定和计数，以建立蜗牛种群年龄概况。步骤 2：从指定时期随机选择 138 个蜗牛壳，对其进行 SEM 分析和/或 X 射线衍射 (XRD) 分析，以评估是否发生了成岩作用。然后检查保存完好的蜗牛壳是否有物理标记。步骤 3：对带有物理标记的蜗牛壳进行 SIMS δ18O 测定。获得的 SIMS δ18O 概况将用于暴雨指纹分析，以调查给定时期内不同强度的极端暴雨的频率。图片来源：©中国科学出版社

本研究首次证明，陆地天气尺度极端暴雨事件可以通过自然古气候档案定量重建。目前对较古老沉积地层中蜗牛壳化石的研究应用，可能为揭示不同气候背景下天气尺度极端暴雨的频率和强度提供机会（图3）。这些古天气信息源可能成为帮助了解区域极端暴雨规律和动态的重要信息源，特别是对于校准数值气候模型和预测极端暴雨的未来趋势。

参考文献：“利用陆生蜗牛壳每日解析δ18O定量重建单次超级暴雨”，作者：Guozhen Wang、Jibao Dong、Tao Han、Cheng Cheng Liu、Fan Luo、Haotian Yang、Miaohong He、Guoqiang Tang、Nanyu Zhao、Qian Zhu， Gang Xu、John Dodson、Qiuli Li 和 Hong Yan，2024 年 4 月 18 日，《科学通报》。DOI：10.1016/j.scib.2024.04.037

来源：中国科学出版社

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