A record from Wanxiang Cave, China, characterizes Asian Monsoon (AM) history over the past 1810 years. The summer monsoon correlates with solar variability, Northern Hemisphere and Chinese temperature, Alpine glacial retreat, and Chinese cultural changes. It was generally strong during Europe's Medieval Warm Period and weak during Europe's Little Ice Age, as well as during the final decades of the Tang, Yuan, and Ming Dynasties, all times that were characterized by popular unrest. It was strong during the first several decades of the Northern Song Dynasty, a period of increased rice cultivation and dramatic population increase. The sign of the correlation between the AM and temperature switches around 1960, suggesting that anthropogenic forcing superseded natural forcing as the major driver of AM changes in the late 20th century.

A reconstruction of Holocene rainfall is presented for southwest China — an area prone to drought and flooding due to variability in the East Asian monsoon. The reconstruction is derived by comparing a new high-resolution stalagmite δ18O record with an existing record from the same moisture transport pathway. The new record is from Heshang Cave (30°27′N, 110°25′E; 294 m) and shows no sign of kinetic or evaporative effects so can be reliably interpreted as a record of local rainfall composition and temperature. Heshang lies 600 km downwind from Dongge Cave which has a published high-resolution δ18O record (Wang, Y.J., Cheng, H., Edwards, R.L., He, Y.Q., Kong, X.G., An, Z.S., Wu, J.Y., Kelly, M.J., Dykoski, C.A., Li, X.D., 2005. The Holocene Asian monsoon: links to solar changes and North Atlantic climate. Science 308, 854–857). By differencing co-eval δ18O values for the two caves, secondary controls on δ18O (e.g. moisture source, moisture transport, non-local rainfall, temperature) are circumvented and the resulting Δδ18O signal is controlled directly by the amount of rain falling between the two sites. This is confirmed by comparison with rainfall data from the instrumental record, which also allows a calibration of the Δδ18O proxy. The calibrated Δδ18O record provides a quantitative history of rainfall in southwest China which demonstrates that rainfall was 8% higher than today during the Holocene climatic optimum (≈ 6 ka), but only 3% higher during the early Holocene. Significant multi-centennial variability also occurred, with notable dry periods at 8.2 ka, 4.8–4.1 ka, 3.7–3.1 ka, 1.4–1.0 ka and during the Little Ice Age. This Holocene rainfall record provides a good target with which to test climate models. The approach used here, of combining stalagmite records from more than one location, will also allow quantification of rainfall patterns for past times in other regions.

Three alternate China‐wide temperature composites covering the last 2000 years were established by combining multiple paleoclimate proxy records obtained from ice cores, tree rings, lake sediments and historical documents. Five periods of temperature variation can be identified: a warm stage in AD 0–240, a cold interval between AD 240 and 800, a return to warm conditions from AD 800–1400, including the Medieval Warm Period between AD 800–1100, the cool Little Ice Age period between 1400–1920, and the present warm stage since 1920. Regional temperature variation is found during AD 800–1100, when warm conditions occurred in Eastern China and in the northeastern Tibetan Plateau and in AD 1150–1380, when the southern Tibetan Plateau experienced a warm interval. In contrast, evidence for cool conditions during the LIA is more consistent among the proxy records. The temperature reconstructions for China and the Northern Hemisphere show good agreement over the past millennium.

We report the presence of clear annual cycles in trace-element (Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and U/Ca) and stable-isotope (δ18O and δ13C) composition in an annually banded stalagmite from Heshang Cave, Hubei Province, China (30.44°N, 110.42°E). Through a combination of micromilling and in situ analysis (LA–MC–ICPMS), we measured geochemical variations across 16 annual growth bands, to assess their potential as seasonal resolution paleomonsoon proxies. To facilitate comparison with modern climatic and environmental data we created composite annual cycles for each proxy by stacking 6 well-defined years. Speleothem δ18O variations (− 10.8‰ to − 8.5‰) are controlled by seasonal variations in temperature and drip-water δ18O which lead to maximum values during May, around the time of summer monsoon onset. This provides a chronological marker which can be used to constrain the timing of the other geochemical cycles. The composite cycles reveal a strong positive correlation between Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and δ13C values in the micromilled section (R2 = 0.65–0.98), with minimum values occurring around May. Maximum U/Ca values occur at the same time. We present simple models which show that these correlations, as well as the observed ranges of Mg/Ca (14.1 to 22.4 mmol/mol), Sr/Ca (0.2 to 0.4 mmol/mol), and δ13C (− 12.5‰ to − 10.7‰), may be fully explained by progressive CO2 degassing and calcite precipitation from an initially saturated solution. Using realistic initial conditions for Heshang Cave (T = 18 °C, Mg/Casolution = 0.84 mol/mol, Sr/Casolution = 0.69 mmol/mol, δ13CTDIC = − 16.75‰), we find that the observed relationships can be produced by using DMg = 0.016 and DSr = 0.30, within the range of expected values. The model suggests that the fraction of Ca removed from the solution ranges from 0 to 30% to produce the observed seasonal cycles. This variation may be due to two related processes which occur during drier periods: (1) increased prior precipitation of calcite in the epikarst or on the cave ceiling, and/or (2) a greater degree of CO2 degassing and calcite precipitation on stalagmite surfaces when drip-rates are lower. Both mechanisms would have the effect of enriching speleothem Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and δ13C values during drier periods. Past variations in Heshang carbonate chemistry may therefore be useful as seasonal resolution proxies for past rainfall.