現(xiàn)代氣象站觀測資料時間跨度較短（大多不到100年），制約了人們對地球氣候/天氣變率和機制的理解。為了彌補器測資料的短缺，近100多年以來，地質(zhì)學(xué)家們利用地球上的各種地質(zhì)生物載體，如冰芯、海洋沉積、樹輪、珊瑚、湖沼、石筍等，獲取了大量地球過去氣候變化的資料。這些古氣候知識極大豐富了人們對地球氣候歷史的了解，同時也對檢驗氣候模式和預(yù)測未來氣候變化具有不可估量的價值。

但是，當(dāng)前古氣候研究載體的時間分辨率較低，通常為數(shù)十年到月。這樣的時間分辨率可以研究地球過去的氣候變化，但是無法用于研究發(fā)生在天-小時甚至更短時間尺度的天氣變化。這極大地限制了人們對過去不同氣候背景下古天氣（Paleoweather）狀態(tài)和變率的認(rèn)識；比如過去溫暖氣候背景下臺風(fēng)會不會更多更強、極端暴雨的強度會不會大幅度提升等。而這些信息，對于預(yù)測未來全球變暖預(yù)期下地球極端天氣系統(tǒng)的狀態(tài)和變率，以及災(zāi)害評估、生存風(fēng)險和可持續(xù)發(fā)展等，都非常重要。

近期，在中國科學(xué)院院士安芷生的指導(dǎo)下，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所熱帶氣候變化實驗室，聯(lián)合中科院地質(zhì)與地球物理研究所、中科院大氣物理研究所、中科院廣州地球化學(xué)研究所、南京信息工程大學(xué)、長安大學(xué)、廣西大學(xué)的科研人員，經(jīng)過5年多的努力，利用激光共聚焦顯微鏡（LSCM）和納米粒子質(zhì)譜（NanoSIMS），從南海現(xiàn)代硨磲殼體中獲得了多個天-小時分辨率的生物地球化學(xué)記錄，并證實這些超高分辨率的記錄可用于研究過去極端天氣變化。

硨磲是全球最大的雙殼類貝殼，自始新世（距今約5000萬年）以來便一直是熱帶太平洋-印度洋珊瑚礁中的重要組成部分。硨磲壽命能達(dá)到甚至超過100年，其碳酸鹽殼體生長速度非常快，幾十年就能長到1米以上。硨磲殼體通常具有年生長紋層甚至日生長紋層，是一種非常理想的高分辨率過去全球變化研究載體。

研究人員利用激光共聚焦顯微鏡（LSCM），獲得了南海硨磲680天（2012年1月29日至2013年12月9日）清晰連續(xù)的天紋層成像，同時利用納米離子質(zhì)譜（NanoSIMS），獲得了小時分辨率的硨磲殼體Sr、Ca、Fe、Ba等元素。據(jù)此建立了該段時間內(nèi)天-小時分辨率的硨磲生物地球化學(xué)指標(biāo)序列，如天生長速率、鍶鈣比（Sr/Ca）、鐵鈣比（Fe/Ca）、海表生產(chǎn)力熒光記錄等。進(jìn)一步的分析表明，這些超高分辨率指標(biāo)序列中的脈沖式突變，幾乎都與南海北部的極端天氣事件有關(guān)，如夏季的臺風(fēng)和冬季的寒潮。比如，在臺風(fēng)襲擊南海北部的時候，硨磲天生長速率會因為天氣狀況的變差而降低，同時臺風(fēng)帶來的強風(fēng)攪動可以導(dǎo)致海洋表層Fe、Ba等營養(yǎng)鹽的升高和表層生產(chǎn)力的增加。

這一研究表明，硨磲在LSCM和NanoSIMS的支持下，可以提供天-小時分辨率的生物地球化學(xué)記錄，而這些超高分辨率的記錄有潛力用于研究過去發(fā)生的臺風(fēng)、寒潮等極端天氣事件，以及熱帶季節(jié)內(nèi)震蕩（MJO）、日周期循環(huán)等天氣尺度變化。持續(xù)的研究有希望將硨磲開發(fā)成前所未有的古天氣研究自然載體，獲取不同氣候背景下天氣系統(tǒng)的狀態(tài)和變率，將過去-現(xiàn)在和未來聯(lián)系起來，為預(yù)測全球變暖預(yù)期下極端天氣事件的發(fā)展趨勢提供依據(jù)。

該研究近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）。地球環(huán)境所研究員晏宏為第一作者，安芷生、晏宏，以及地質(zhì)地球所研究員楊蔚為論文的通訊作者。研究受到中科院前沿重點研究計劃、中科院創(chuàng)新交叉團隊計劃、海洋國家實驗室開放基金等的支持。

 圖1 活體硨磲照片（左）；硨磲殼體照片（右）

圖2 激光共聚焦顯微鏡獲取的硨磲天紋層熒光成像（綠色底圖）；納米離子質(zhì)譜獲取的小時分辨率硨磲Sr/Ca比值。熒光底圖的一個紋層以及Sr/Ca的一個周期變化代表一天

圖3 西沙硨磲小時分辨率Fe/Ca記錄的脈沖式變化均與當(dāng)?shù)嘏_風(fēng)活動對應(yīng)（2013年6-12月）；（d）南海西沙風(fēng)速器測記錄，（e）影響西沙的臺風(fēng)，（f）硨磲Fe/Ca。