我院饶志国教授研究团队在地球化学与气候变化领域取得序列重要进展，代表性成果介绍如下：

基于团队在中国东部地区从黑龙江到海南、内陆干旱半干旱地区的内蒙、陕西、甘肃、青海、西藏、新疆等地获得的众多表土有机碳同位素（δ¹³C）数据，对全球1977-2015发表的282篇文献当中报道的现代植物和表土δ¹³C数据进行了系统的收集和整理，共获得有效数据上万个。进而对全球范围内不同光合作用类型植物（C₃、C₄植物）和不同植被类型（C₃植被、C₃/C₄混合植被）下表土δ¹³C与气候要素（温度和降水量）之间的关系进行了分析，其结果为沉积载体当中获得的δ¹³C记录的古气候解译提供了基础性证据，发表于地学知名刊物地球科学论评Earth-Science Reviews（Rao et al., 2017）。

基于对我国内陆干旱半干旱地区的内蒙、陕西、甘肃、青海、西藏、新疆等地获得的众多表土当中植物残体开展的α-纤维素氧同位素（δ¹⁸O_cell）分析，发现其可以记录大气降水氧同位素的空间变化特征。其在青藏高原地区主要受控于不同水汽来源的变化；而在我国北方地区则主要受控于温度变化，潜在也受到相对湿度变化的影响。由于研究区域空间梯度大，植被和气候多样性强，研究结果具有代表性，发表于地学知名刊物全球生物地球化学循环Global Biogeochemical Cycles（Shi et al., 2019a）。

对北疆阿勒泰高山泥炭地哈拉沙子现生莎草开展了为期两年（2014和2017）的生长季逐月采样和α-纤维素碳同位素（δ¹³C_cell），结合对临近的器测时段树木年轮样品开展的δ¹³C_cell的分析测试，明确哈拉沙子泥炭地当中主要来自莎草的泥炭岩芯δ¹³C_cell响应于夏季温度变化。基于22个泥炭全样α-纤维素的加速器放射性碳同位素年代（AMS ¹⁴C）建立的高可靠性年代标尺，获得的δ¹³C_cell时标序列表现为长期偏正变化趋势，记录了与传统观点不一样的全新世期间的夏季温度长期增温趋势。由于年代可靠，指标解译基于独立现代过程观测，研究结果可信，发表于地学知名刊物第四纪研究论评Quaternary Science Reviews（Rao et al., 2019a）。

对北疆阿勒泰哈拉沙子高山泥炭地开展了详细的现代水文过程观测，结合对现生莎草根、茎、叶的逐月的δ¹⁸O_cell的分析测试，发现该泥炭地夏季生长的泥炭植物、其δ¹⁸O_cell信号主要来自冬季降水（以融水的形式在生长季节稳定输入泥炭地，信号贡献率约为76%），而夏季降水（主要以降水事件的形式出现）由于快速排泄而贡献有限（约24%），这些有意思的现象和结果发表于水文学专业刊物Journal of Hydrology（Shi et al., 2019b），为在该泥炭地开展泥炭岩芯δ¹⁸O_cell记录研究提供了良好基础。

随后对阿勒泰地区现有的大气降水δ¹⁸O数据（包括团队自己的观测数据）开展的分析表明，该地区冬季大气降水δ¹⁸O主要受控于冬季温度，表现出明显的温度效应。而前述泥炭岩芯当中获取的δ¹⁸O_cell在全新世期间表现为整体的偏正变化趋势，记录了全新世期间冬季温度的总体增温趋势。因此，分别基于独立现代过程观测结果，从同一钻孔岩芯获得的δ¹³C_cell/δ¹⁸O_cell序列，分别指示了冬/夏季温度变化历史，且都表现出了与传统观点不一致的全新世期间的总体增温趋势；这一独特的研究结果得到了团队在同一泥炭地后续开展的基于独立定年的细菌来源的支链甘油二烷基甘油四醚类脂物（brGDGTs）研究结果（Wu et al., 2020）的支持，也得到了临近研究地点其他独立研究结果的支持，因而具有重要的科学意义。初步的与地球气候系统内外驱动要素的对比分析表明，约5000年之前的早全新世温度变化仍然以自然要素（如太阳辐射）驱动为主；而约5000年以来的晚全新世温度变化历史显然受到了大气温室气体辐射驱动的显著影响。由于全新世期间的大气温度气体浓度与人类活动关系密切，这些结果暗示人类活动可能早在中全新世就已经改变了地球气候系统的走向。这些研究结果的重要意义还体现在对全新世期间人地关系的重新理解，潜在的也影响到对现代全球变暖的历史背景及其现实应对的正确理解和认识。研究结果发表于地学知名刊物第四纪研究论评Quaternary Science Reviews（Rao et al., 2020）。

我国内陆干旱地区、尤其是新疆地区的全新世湿度变化历史，在学术界存在广泛争议，代表性观点主要有长期变湿的“西风模式”和长期变干的“季风模式”。对已有研究结果的分析表明，“季风模式”研究结果主要来自高海拔山地，而“西风模式”研究结果则主要来自低海拔地区的盆地内部。基于之前研究获得的全新世长期增温趋势（包括团队自身研究结果），提出了一个用于调和“季风”和“西风”模式的新假说。即，在全新世长期增温背景下，高海拔山地的冰雪物质加速消融，更多的融水汇入盆地当地，使得来自盆地当中的记录（主要是湖泊记录）表现为长期变湿趋势。由于该区域在现代全球变暖背景下，山地冰雪物质加速消融、出山径流量增加、盆地湖泊水位上升，是广泛观测到的事实，这显然与上述假说是一致的。更为重要的是，这些结果暗示：在未来全球变化进一步加剧情景下，该区域的水资源供应会有一定程度的增加；但是当冰雪物质消融超过一定阈值，该区域的水资源供应有可能出现急剧恶化；这样一个未来场景已经在东天山的部分观测结果当中有所揭示，值得学术界和政府部门警惕和加以更多研究，毕竟水资源供应是内陆干旱地区生态系统维护和社会经济发展的物质基础。相关结果发表于地学知名刊物地球科学论评Earth-Science Reviews（Rao et al., 2019b）。

因为全新世温度历史的重要性，研究团队对国际上报道的研究结果极为关注，通过对近期国际上报道的研究结果的总结和分析，发现在人类活动影响强烈地区，利用受人类活动直接影响显著的代用指标（如孢粉）重建的全新世温度变化历史，具有潜在的不确定性。这也反过来凸显了在人类活动直接影响较小地区（如中亚阿勒泰、欧亚大陆中高纬地区）开展全新世温度变化历史研究的重要性。针对未来将开展的工作，指出一方面可以在人类活动影响较小的地区（如高纬度和高海拔地区），一方面可以在人类活动影响强烈地区选择受人类活动直接影响较小的代用指标，来开展相关全新世温度历史研究工作。这些总结、分析和观点，发表于知名综合性刊物美国科学院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（Li et al., 2020a）。

东亚夏季风变化引起的旱涝灾害，直接影响数十亿人的生存和发展。我国石笋氧同位素（δ¹⁸O）研究取得了举世瞩目的成就，也面临诸多争议。不同时间尺度上，我国东部季风区降水量的空间分异（如南涝北旱\北涝南旱），通常被用来作为挑战该区域具有大空间尺度一致性的石笋δ¹⁸O记录作为东亚夏季风强度变化指示器的证据。然而，东亚季风系统的调整必然会同时影响到降水量和降水同位素变化；加之之前直接来自于石笋的反映局地降水量变化的记录主要来自长江中游地区；且我国华北地区覆盖冰期/间冰期旋回的石笋记录还不多见；因此团队对我国华北珍珠洞开展了为期两年的现代观测，并重建了过去13万年石笋δ¹³C/δ¹⁸O。结果表明该洞穴石笋δ¹³C/δ¹⁸O记录在数千年至万年尺度上表现出良好的同步变化性（相位一致性），但是在相对变化幅度和长期变化趋势上存在明显差异。具体而言，δ¹⁸O记录在MIS5e，5c，5a，MIS3和MIS1期间未表现出明显的长期变化趋势，但是其δ¹³C记录从MIS5e、至5c、5a、MIS3表现为明显的偏正变化趋势，随后向MIS1发生偏负变化。周期分析结果表明，δ¹³C记录主要表现为10万年周期，而δ¹⁸O记录则表现为2.3万年周期。结合对已有研究成果的分析，认为该洞穴石笋δ¹⁸O记录在数千年至万年尺度上响应于东亚夏季风相位变化，但是不能作为季风强度变化的绝对衡量指标。这些结果为认识和理解东亚夏季风变化规律以及石笋δ¹⁸O指示意义，提供了新的证据，发表于地学知名刊物地球与行星科学通讯Earth and Planetary Science Letters（Li et al., 2020b）。

相关论著列表如下（*代表通讯作者，影响因子及分区为中科院最新结果）：

Li Yunxia, Tian Yiping, Guo Haichun, Wei Shikai, Cao Jiantao, Huang Chao, Shi Fuxi, Rao Zhiguo*. Complex ‘human-vegetation-climate’ interactions in the late Holocene and their significance for paleotemperature reconstructions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2020a, doi: 10.1073/pnas.1922325117 (Nature index收录刊物, 1区top, IF9.58).

Li Yunxia, Rao Zhiguo*, Xu Qinghai, Zhang Shengrui, Liu Xiaokang, Wang Zongli, Cheng Hai, R. Lawrence Edwards, Chen Fahu. Inter-relationship and environmental significance of stalagmite δ¹³C and δ¹⁸O records from Zhenzhu Cave, north China, over the last 130 ka. Earth and Planetary Science Letters, 2020b, 536, 116149 (Nature index收录刊物, 1区top, IF4.637).

Rao Zhiguo*, Guo Wenkang, Cao Jiantao, Shi Fuxi, Jiang Hong, Li Chaozhu. Relationship between the stable carbon isotopic composition of modern plants and surface soils and climate: A global review. Earth-Science Reviews, 2017, 165, 110-119 (1区top, IF9.53).

Rao Zhiguo*, Huang Chao, Xie Luhua, Shi Fuxi, Zhao Yan, Cao Jiantao, Gou Xiaohua, Chen Jianhua, Chen Fahu. Long-term summer warming trend during the Holocene in central Asia indicated by alpine peat α-cellulose δ¹³C record. Quaternary Science Reviews, 2019a, 203, 56-67 (1区top, IF4.641).

Rao Zhiguo*, Wu Dandan, Cao Jiantao, Shi Fuxi, Guo Haichun, Chen Fahu. Reconciling the ‘westerlies’ and ‘monsoon’ models: A new hypothesis for the Holocene moisture evolution of the Xinjiang region, NW China. Earth-Science Reviews, 2019b, 191, 263-272 (1区top, IF9.53).

Rao Zhiguo*, Shi Fuxi, Li Yunxia, Huang Chao, Zhang Xinzhu, Yang Wen, Liu Lidan, Zhang Xinping, Wu Yi. Long-term winter/summer warming trends during the Holocene revealed by α-cellulose δ¹⁸O/δ¹³C records from an alpine peat core from central Asia. Quaternary Science Reviews, 2020, 232, 106217 (1区top, IF4.641).

Shi Fuxi, Rao Zhiguo*, Li Yunxia, Cao Jiantao, Shi Xiaoyi, Li Chaozhu, Sun Weizhen. Precipitation δ¹⁸O recorded by the α‐cellulose δ¹⁸O of plant residues in surface soils: Evidence from a broad environmental gradient in inland China. Global Biogeochemical Cycles, 2019a, 33, 1440-1468 (1区top, IF5.733).

Shi Fuxi, Rao Zhiguo*, Cao Jiantao, Huang Chao, Wu Dandan, Yang Wen, Sun Weizhen. Meltwater is the dominant water source controlling α-cellulose δ¹⁸O in a vascular-plant-dominated alpine peatland in the Altai Mountains, Central Asia. Journal of Hydrology, 2019b, 572, 192-205 (1区top, IF4.405).

Wu Dandan, Cao Jiantao, Jia Guodong, Guo Haichun, Shi Fuxi, Zhang Xinping, Rao Zhiguo*. Peat brGDGTs-based Holocene temperature history of the Altai Mountains in arid Central Asia. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2020, 538, 109464 (2区top, IF2.616).