我院郑卓教授团队研究揭示西江下游全新世千年尺度大洪水历史与气候变迁

        近日，我院郑卓教授团队研究揭示了华南西江下游全新世千年尺度大洪水历史，预示该区域在未来ENSO增强的背景下，存在千年一遇大洪水灾害的潜在风险。研究结果于2023年10月24日以中、英文形式在地学领域权威期刊Science China: Earth Sciences（中国科学：地球科学）发表，题目为“Holocene millennial-scale megaflood events point to ENSO-driven extreme climate changes（全新世千年尺度大洪水沉积记录与ENSO驱动的极端气候变化）”。

陆地河流系统出现的大洪水是地球上常见的自然灾害类型之一，据估算，全球洪灾影响的人口在2000~2015年间增加了20~24%。大洪水在人类文明演化中也扮演着重要的角色，例如约4200年前黄河流域异常多发的洪水对华夏文明进程产生了重大影响。珠江水系是我国南方最大的河流系统（图1a），据记载自汉代以来的严重洪涝灾害至少发生过400多次。广州作为珠江三角洲最大的城市，更是被国际学者评估为世界上洪灾和风暴潮风险最大的沿海城市之一。然而，由于迄今为止仍缺乏珠江流域全新世千年级别大洪水的连续地质记录，难以从认识过去的角度来检验对未来全球增温情景下模拟的极端降水和洪涝灾害的可信度。

图1 珠江流域分布及研究区地形简图

西江下游肇庆盆地附近丘陵山地之间的洼地上广泛发育黑色泥炭沉积（图1），因分布有大量原位埋藏的全新世水松（Glyptostrobus pensilis）腐木（图2），也被称为“地下森林”。在泥炭腐木堆积中，常见多层厚度在几厘米至几十厘米之间的灰白色黏土夹层，黑白地层相间的视觉差异明显。我院郑卓教授团队经多年野外调查和实验分析，根据多沉积剖面对比、沉积物属性特征和黏土矿物组合（图2），确定这些灰白色黏土夹层为古洪水沉积。采用AMS ¹⁴C精确定年方法，揭示出西江下游全新世至少发生了7次大洪水，年代区间分别为距今6196~5941年（FL1）、5418~5308年（FL2）、4421~4151年（FL3）、3689~3411年（FL4）、2346~1951年（FL5）、1700~1538年（FL6）和1172~782年（FL7），平均再现期约为855年。

图2 BS01沉积剖面岩性、沉积特征与洪水层测年结果

图3 利用高程数字模型估算的全新世大洪水平均淹没范围

基于数字高程模型对全新世大洪水进行估算，认为这些全新世“千年一遇”大洪水的水量是1915年“乙卯”洪水（百年一遇）的1.5倍左右（图3）。与全新世气候事件对比分析发现，这些大洪水集中在中-晚全新世东亚夏季风减弱过程中，且每个大洪水的年代对应于较强的ENSO活动期，表明华南地区异常高降水和大洪水的发生可能与季风系统变化和ENSO变率存在密切关系。区域对比研究还表明，我国东部地区过去6000年的降水异常具有明显的空间差异，与现代气象观测资料呈现的降水分布“三极”模式相类似。

孢粉结果显示，4200年前形成的湿地森林系统在大洪水期间被淹没而受到破坏，但洪水结束后得以快速恢复（图4）。然而，秦汉时期（约2100年前）开始显著增强的人类稻作农业活动，导致湿地森林系统发生了不可逆转的衰退。FL6和FL7洪水沉积层中含有较高比例的水稻型禾本科花粉，意味着这两次洪水可能大面积淹没了耕作土地。而且，FL7事件与宋朝开始修筑西江河道堤坝和肇庆城墙等事件在时间上一致，表明人们在经受严重影响后，主动进行灾害管理，以减轻洪水对农田和城镇以及人类的影响。此外， FL1、FL2两次大洪水与广西顶狮山新石器文化的衰落过程基本同期，西江中下游流域广受信奉的龙母文化被认为起源于秦朝，则与FL5在年代上十分接近。这些大洪水事件与区域文明演化和历史事件在时间上的耦合，表明自然灾害对华南地区人类社会进程产生了深远影响。

图4 BS01沉积剖面主要孢粉含量特征和洪水层中的组合突变

我院陈聪博士后、广东省科学院郑艳伟博士为该论文共同第一作者，郑卓教授和广州地理研究所宗永强教授为共同通讯作者，主要作者还包括我院黄康有副教授、章桂芳副教授、美国夏威夷大学Barry V. Rolett教授、法国蒙彼利埃大学Rachid Chedaddi教授和团队其他成员。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队项目联合资助。

原文链接：https://doi.org/10.1360/N072023-0031（中文）；https://doi.org/10.1007/s11430-023-1196-y（英文）。

图文：陈聪

初审：黄荣

审核：张照

审核发布：何晓钟