定量确定古降水的演化特征是深入研究东亚夏季风演化机制的关键科学问题。中国西部黄土-古土壤序列的磁学性质变化与古降水量密切相关，是研究这一问题的理想区域。目前最常使用的方法是通过表层土壤样品磁化率建立气候转换方程来重建古降水，但是该磁学指标受多种因素影响：首先，它包含了成土和母质的综合信息；其次，它只反映土壤中的亚铁磁性矿物信息，而对含量很高的反铁磁性矿物没有涉及；最后，对于一个土壤剖面，磁化率随深度变化很大，而传统用表层土壤样品代表整个剖面显然不合适。因此，迫切需要建立对降水量敏感的有效指标。 

地质地球所特提斯研究中心博士研究生刘志锋和导师刘青松研究员，系统研究了沿着陕西降水梯度带上（300~1300mm）分布的一系列土壤剖面（图1）的磁学性质，使用频率磁化率（c_FD）和等温剩磁的硬磁组分（HIRM）分别指示土壤中亚铁磁性矿物（磁铁矿）和反铁磁性矿物（赤铁矿）含量，结果表明：（1）土壤剖面c_FD和HIRM线性相关，且拟合斜率（c_FD/HIRM ）与年平均降水量MAP密切相关，受母质、地形和温度变化影响较小；当MAP小于1000mm时，使用c_FD/HIRM建立的古降水转换函数：χ_FD/HIRM = 0.1244×MAP – 31.6（R² = 0.92，预测误差70 mm）（图2），该转换函数对东亚中纬度地区的古降水重建具有重要意义；（2）降水小于1000mm时，土壤中同时生成成土磁铁矿和赤铁矿，但前者生成的速率比后者快，而降雨量大于1000mm时，溶解作用发生，赤铁矿比磁铁矿难溶解，故χ_FD/HIRM随降水量先升高后降低，转折点为1000mm左右；（3）χ_FD/HIRM值为0时，MAP为250 mm，指示当年均降水低于这个值基本没有成土矿物生成，因而该古降水转换函数的理想工作区间为250-1000mm。

图1  采样点位置图

图2  a）χ_FD/HIRM与年均降水（MAP）关系：χ_FD/HIRM = 0.1244×MAP–31.6，MAP < 1000mm；b）估计MAP与真实MAP之间相关图；c）χ_FD/HIRM与年均温度（MAT）之间的相关图