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  • 2019年, 39卷, 第03期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 北半球大冰期(约2.73 Ma)前后北太平洋风尘沉积突变
    张文防, 李高军, 陈骏
    2019, 39(03): 525-534.
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    距今约2.73 Ma,北半球高纬地区冰盖急剧发展,北半球大冰期来临,成为最引人注目的事件。北半球大冰期成因已有诸多解释,其中之一是大陆干旱化加剧,输入到大洋的粉尘增多引起海洋铁肥效应增强和生物量增多,吸收了更多大气CO_2,使得地球变冷和冰盖增加。作为全球第二大粉尘释放中心,亚洲内陆干旱区释放的粉尘是北太平洋沉积物中主要陆源组分之一。开展北半球大冰期前后西北太平洋沉积物记录的亚洲粉尘研究,有助于深入认识风尘铁肥效应对北半球大冰期形成的可能贡献。文章依据大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,简称ODP)198航次西北太平洋1208钻孔(共钻取沉积物392.3 m;本研究深度121.3m至130.1 m,时间段为2.62 Ma至2.85 Ma)北半球大冰期前后的高分辨率(约2500年)样品,提取了沉积物中的“风尘组分”,计算了风尘通量,研究了风尘通量变化和海洋生产力之间的关联。研究结果显示,约2.73 Ma以来,1208钻孔风尘通量快速增加,已发表的该孔的海洋生产力也表现出快速增加,海水表面温度也快速降低,说明粉尘对海洋的铁肥效应可能是触发北半球大冰期形成的重要因素。文章还测试了“风尘组分”的Nd和Sr同位素,研究了粉尘物源变动。结果显示,塔克拉玛干沙漠是北半球大冰期前后1208钻孔粉尘的主要物源,其中2.73 Ma至2.85 Ma期间Nd和Sr同位素波动较大,推测与火山灰含量较多和戈壁粉尘沉积有关,位置偏北的西风可能是部分戈壁粉尘长距离运输至北太平洋的主要营力。2.73 Ma以来,北极冰盖大量发育,西风位置南移,主要运输塔克拉玛干沙漠粉尘至北太平洋,使得Nd和Sr同位素波动较小,但其中2.72 Ma至2.70 Ma期间出现的Nd同位素偏正、Sr同位素变小很可能是火山灰的突然大量沉积造成的。
  • 中亚黄土沉积与西风区末次冰期快速气候变化
    宋友桂, 宗秀兰, 李越, Rustam Orozbaev, Yunus Mamadjanov, Jamshed Aminov
    2019, 39(03): 535-548.
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    气候快速变化过程与机制一直是古气候研究的热点科学问题,随着不同地区高分辨率地质记录的增多,年代学方法的改进,此类快速气候变化事件的区域差异性日益突出,对比和认识这些区域之间的变化细节,有助于认识快速气候变化的规律和驱动机制。文章以中亚黄土为主要研究对象,根据黄土沉积特征与现代气候特征,将中亚黄土分为西部、北部和东部3个亚区,在总结中亚西风区黄土古气候研究进展的基础上,回顾了近年来中亚地区末次冰期西风区气候突变事件研究现状与问题,初步探讨了在亚轨道尺度上末次冰期快速气候变化发生过程和机制。结果表明,粒度、矿物学、地球化学等指标均指示中亚这3个黄土亚区末次冰期确实存在千年尺度的快速气候波动信号,但在年代和变率上存在区域差异,这种差异除了缺乏精确的年代学控制外,还与区域水热组合和区域地形结构有关。这些冷暖的快速气候变化与北大西洋高纬地区冰盖收缩扩张、西伯利亚高压强度和范围的变化导致风动力变化和西风带南北迁移有关。今后需进一步加强高分辨率年代序列的建立,进一步遴选中亚黄土中有效的、能够独立反映风力强度、源区信息、古温度、古降水等代用指标,并结合古气候模拟试验研究其驱动机制。
  • 中更新世以来不同时间尺度亚洲中纬度气候演化的区域差异
    贾佳, 朱丽东, 王志远, 王博, 陈渠
    2019, 39(03): 549-556.
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    亚洲中纬度气候主要受两大环流控制,继而划分出受亚洲季风控制季风区和受西风环流控制的西风区。已有研究发现在年代际至千年尺度上,两气候区的湿度演化存在错相位、甚至反相位的现象。文章综述了中更新世以来,多千年至轨道尺度上,两气候区的湿度演化模态的异同,以此深入了解亚洲气候演化的系统性。结果表明:二者的间冰期气候演化的整体趋势存在明显差别,尤其MIS 13以来,二者的演化趋势基本相反。在间冰期的多千年至万年尺度上,二者的气候演化模态呈现非同相位:高精度的释光测年结果显示天山地区的湿度变化滞后于黄土高原地区大概3～5ka,且该现象在更早的间冰期可重复。在冰期的千年尺度上,两地的湿度演化基本一致,但西风区湿度的波动幅度更大。
  • 临夏黄土记录的26万年来季风快速变化
    郭飞, 王婷, 刘宇明, 王扬, 樊会敏, 孙有斌
    2019, 39(03): 557-564.
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    黄土高原西部高分辨率黄土序列开展的多代用指标研究,有助于揭示轨道-亚轨道尺度上东亚冬、夏季风的变化特征及动力机制。但针对同一地质记录提取冬、夏季风多代用指标进行对比和敏感性分析的工作尚不多见,因此制约了对季风快速变化特征和机理的理解。本文利用甘肃临夏85 m黄土岩芯开展高分辨率的粒度、磁化率和元素扫描分析,发现在轨道尺度上粒度和Zr/Rb比值显示的大幅冰期-间冰期波动与深海氧同位素记录有很好的对应关系,表明东亚冬季风的波动响应于北半球高纬冰量的变化。但在千年尺度上,粒度能更敏感地响应冬季风的快速变化;Rb/Sr比值和磁化率均能很好记录轨道尺度上的东亚夏季风波动,但在亚轨道尺度上Rb/Sr的敏感性明显高于磁化率。粒度、Zr/Rb和Rb/Sr所指示的东亚季风快速变化表现出较强的岁差信号,与石笋和北纬65°夏季太阳辐射有较好的对应关系,表明东亚季风变化也受到岁差直接驱动的夏季太阳辐射变的控制。在最后两个冰期-间冰期旋回中(即末期冰期旋回和倒数第二次冰期旋回)Rb/Sr及Zr/Rb比值和粒度记录分别可以辨别出与石笋相同数量级的变暖事件,但粒度记录的暖事件明显要多于Rb/Sr及Zr/Rb比值,且这些暖事件并不能一一对应。粒度及元素比值记录显著变冷的千年尺度的Heinrich(H)事件与石笋记录的夏季风明显减弱的事件有很好的对应关系,但其发生频率明显高于海洋记录。这些指标记录的千年尺度上波动信号的不一致性主要归因指标对不同气候要素敏感性的差异。未来需要进一步开展高分辨率多代用指标敏感性分析,选取对季风快速变化的敏感指标,有助于我们理解季风快速变化的特征(如周期和幅度等)和分析季风快速变化的时空差异性。
  • 浑善达克沙地南缘晚更新世黄土-古土壤序列的高分辨率磁性气候记录
    蒋凯, 王喜生, 盛美
    2019, 39(03): 565-578.
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    浑善达克沙地处于季风边缘区,目前对该区域末次间冰期以来的古气候演化历史及其动力学机制尚不清楚。文章以浑善达克沙地南缘山间低洼地带北沟剖面总厚度4.72m(未见底)的黄土-古土壤序列为研究对象,开展了光释光测年和精细的岩石磁学、环境磁学、地球化学和漫反射光谱分析。结果表明:1)该剖面记录了末次间冰期以来完整的风成堆积历史,并通过东亚夏季风指标(Rb/Sr及x_(ARM)/x)与深海氧同位素曲线的对比建立了13万年来该黄土-古土壤序列精细的年龄模式;2)在黄土高原上常规的用来指示成壤强度和夏季风强度的磁参数并不完全适用于干旱-半干旱地区(400 mm等降水线附近)的风成黄土,而地球化学指标在指示季风边缘区的地球化学风化过程上表现出一定的合理性,北沟剖面复杂的磁信号可能是对末次冰期季风边缘区显著减弱的夏季风的阈值响应;3)在末次间冰期东亚夏季风可以延伸到内蒙古中东部,北沟剖面记录了浑善达克沙地南缘末次间冰期以来区域古季风的演化历史。
  • 渭河盆地末次冰盛期以来沉积环境变化研究
    王婷, 龙宜澧, 刘星星, 孙有斌
    2019, 39(03): 579-588.
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    研究过去气候快速变化能为当前极端气候分析和未来环境预测提供自然背景理解。亚洲季风在北半球乃至全球的第四纪气候变化中扮演着重要角色,其演化是全球气候变化背景下的典型区域响应。然而,不同地质载体及不同指标所记录的亚洲冬、夏季风变化存在着较大差异,产生差异的原因及受到的动力机制是值得深入研究的科学问题。渭河盆地位于黄土高原和古三门湖沉积交叠的区域,是研究第四纪亚洲季风演化的理想场所。在盆地西南部西安市户县和长安县获取了两个黄土沉积钻孔,户县ZZC孔长4 m,长安县XFC孔长3 m,两孔的年代均超过25 ka。通过两钻孔的粒度和元素地球化学等代用指标研究,对比分析不同指标对气候变化的敏感度差异,反演了末次冰盛期(LGM)以来的区域沉积环境变化,并尝试探讨该时期发生的气候突变事件及反映的季风强度变化。结果表明,两钻孔的平均粒径从LGM到中全新世逐渐变细,中全新世之后少许变粗,空间上表现出一致性,总体反映了末次冰盛期以来的冬季风强度演化;Ca/Ti反映了与季风降水相关的淋溶强度,从LGM到全新世暖期夏季风逐渐减弱,并记录了若干次气候快速变化。粒度和元素比值变化表明,渭河盆地沉积良好地记录了末次冰盛期至全新世的大幅冷干-暖湿波动及若干次持续时间较短的快速水文变化事件,主要是受到太阳辐射和冰量等因素调控的影响。由于渭河盆地有上千米的新生代沉积,未来开展高分辨率研究有望揭示不同时间尺度季风变化特征及其与区域和全球变化的联系。
  • 21 ka以来东亚夏季风区南部和北部气候变化的模拟与重建对比
    王菁菁, 程军, 鹿化煜
    2019, 39(03): 589-601.
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    古气候重建和模拟研究相结合可有效揭示气候变化的机制,但针对东亚夏季风区的相关研究还有待深入。文章基于现代观测数据及古气候记录的定量化重建结果,评估过去21 ka气候瞬变模拟(Transient Climate Evolution simulation over last 21000 years,简称TraCE-21ka)对现代东亚气候及古夏季风演变的再现能力,对比分析其异同并探索东亚夏季风区南部(SEASM)和北部(NEASM)特征时期的气候变化及可能的驱动机制。结果表明:TraCE-21ka模拟和定量化重建结果相对一致,即末次冰盛期偏干冷,全新世早中期偏暖湿,但模拟的变化幅度小于重建。相对于SEASM,NEASM变化幅度较显著。同时,SEASM的温度及降水和NEASM的温度在整个全新世期间模拟和重建的结果一致性较高,但NEASM模拟和重建的降水在晚全新世一致而早全新世不一致。相对于重建降水的南部和北部显著不同步变化,即南部降水在早全新世高而北部在中全新世高,模拟降水的南、北差异性较小,且为全新世持续减弱夏季风演变的结果。这种重建与模拟间的不同可能来源于地表过程对气候演变敏感度的区域性差异,也可能来源于粗分辨率模拟所造成的系统性气候偏移。
  • 西藏玛旁雍错沉积揭示的晚冰期以来环境变化
    朱少航, 朱立平, 王君波, 鞠建廷, 马庆峰, 陈浩, 许腾, 开金磊
    2019, 39(03): 602-614.
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    玛旁雍错位于青藏高原西南部,是研究印度季风演化的理想地区之一。利用活塞采样器在玛旁雍错75 m水深处获取了一根4.69 m长岩芯,利用~(210)Pb和AMS~(14)C测年确定了岩芯的年代,根据元素含量(XRF扫描)、总有机碳(TOC)、总无机碳(TIC)和总氮(TN)等代用指标,重建了该地区14cal.ka B.P.以来气候环境变化。结果显示,冰消期(14～12cal.ka B.P.),TOC和TIC含量变化显示了湖区环境整体上较为暖湿;12.0～11.4cal. ka B.P.,径流明显减弱,可能是新仙女木事件的反映;早中全新世(11.4～3.4cal.kaB.P.),湖区环境整体上以暖湿为主,气候有所波动,出现了两次冷事件(10.2～9.8 cal.ka B.P.和8.2cal.ka B.P.左右),7.4～6.6cal.ka B.P.,出现了一个暖时期;晚全新世(3.4～cal.ka B.P.),湖区环境整体上趋向于干旱化,并伴有两次相对湿润时期(2.6～2.0 cal.ka B.P.和1.4～1.0 cal.ka B.P.)。玛旁雍错环境变化表明,晚冰期以来(14.0～3.4cal.ka B.P.),受到太阳辐射的影响,印度季风带来的降水以及冰川融水较多,湖区环境较为湿润,整体上有利于内源生物的生存;晚全新世(3.4～0 cal.ka B.P.),北半球夏季太阳辐射量减少,印度季风减弱,径流减弱,湖区环境朝干旱化方向发展。
  • 晚冰期以来青藏高原降水序列集成重建
    侯光良, 赖忠平, 刘向军, 鄂崇毅, 魏海成
    2019, 39(03): 615-628.
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    选取青藏高原36条(34个地点)由孢粉已重建的降水序列(8条)和化石孢粉谱(28条),分别采用直接提取和现代类比法获得1852个具有年代的定量降水数据,以高原4个分区为单位,建立青藏高原晚冰期以来古降水数据集。构建分区古降水空间模拟-多区面积加权的集成方法,即借助GIS分析,基于现代高原降水空间分布的地理因子模拟,集成重建晚冰期以来高原古降水序列。结果表明:16～12kaB.P.,高原总体降水量较少,其中16ka B.P.不到200mm,约为现代降水量的一半,15～13ka B.P.后降水显著增长,较前期上升70mm;13～12 ka B.P.,又跌至220 mm,较现代低100 mm。进入全新世后,降水量迅速增长,降水在全新世早期的9.2～8.7kaB.P.即达到最大值,高出现代70 mm,9.2～5.0kaB.P.为全新世湿润期,平均高出现代50 mm;5kaB.P.之后,降水波动较小,与现代基本持平。集成降水与其他高低分辨率环境记录有很好的可比性,说明集成序列有很好的代表性和一定的准确性。此外,高原降水变化区域差异明显,全新世最大降水呈现出西早东晚,西南季风(ISM)区早于东南季风(EASM)区的特点,高原西部和南部全新世早期9ka B.P.左右即达极大值,而高原东缘迟至全新世中期的8.0～7.5ka B.P.;降水增加最为明显的是高原西北部,最盛期降水约高出为现代的1倍,高原东部和南部现季风控制区域,只比现代高出0.2倍。
  • 广东西樵剖面主量元素记录的全新世气候突变
    司月君, 牛东风, 李保生, 王丰年, 郭亿华, 舒培仙, 琚琛琪
    2019, 39(03): 629-641.
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    以广东佛山市西樵山(22°56′15″N,112°57′16″E)全新统厚153 cm的河湖相及红土为研究对象,在11个AMS-~(14)C测年数据和沉积物主量元素分析的基础上探讨全新世以来该剖面的化学风化特征及古环境意义,对具有明确指示化学风化意义的脱硅富铝铁化指标Al_2O_3/SiO_2和(Al_2O_3+TFeO)/SiO_2进行分析,结合孢粉指示的古生态,确定了气候旋回与化学风化旋回之间的关系,为南亚热带地区全新世环境演变提供了地球化学证据。研究结果表明,西樵山全新统共记录了13次弱风化-冬季风事件,其中发生于2000 cal.a B.P.(xc1)、2900 cal.a B.P.(xc3)、4100cal.a B.P.(xc4)、5300cal.a B.P.(xc5)、7800cal.aB.P.(xc10)、9300cal.a B.P.(xc11)、9500 cal.a B.P.(xc12)和9700 cal. a B.P.(xc13)的事件可对应北大西洋深海沉积Bond事件1～8,前6次事件与南海陆坡北部的17940孔10 ka B.P.以来的6个弱季风事件相应,且这13个冷事件几乎都可与太阳黑子活动最小值阶段相对应。这意味着西樵山剖面全新世突变事件除受北半球高纬冰量变化的影响外,可能还在相当程度上受到太阳活动的强迫。
  • 抚仙湖全新世自生碳酸盐及其区域气候和湖泊水位指示意义
    李婷, 张虎才, 蔡萌, 常凤琴, 胡京九, 段立曾, 张龙吴, 张扬
    2019, 39(03): 642-654.
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    抚仙湖是我国面积、蓄水量最大的高原湖泊之一。通过对抚仙湖FXH-B2钻孔岩芯296 cm沉积物的矿物组成和碳酸盐含量分析,结合岩芯XRF扫描数据和AMS~(14)C年代的测定,探讨了抚仙湖湖泊沉积物中碳酸盐含量与方解石矿物及沉积物Ca元素相对含量之间的关系及其环境指示意义,在对比和参考水下地形测量、地球物理勘探、水质和地球化学监测和不同部位钻孔岩芯的分析结果的基础上,重建了抚仙湖全新世以来气候和湖泊水位的变化。结果指示,抚仙湖碳酸盐含量与方解石的XRD信号强度、沉积物Ca元素的XRF扫描数据之间存在很高的相关性,沉积物中碳酸盐类物质主要为方解石(其他碳酸盐类矿物相对含量极微甚至可以忽略不计),沉积物中Ca元素主要来自碳酸盐,因此其含量由碳酸盐、即方解石矿物含量决定。沉积物中碳酸盐含量的变化可以用沉积物中Ca元素XRF扫描结果进行表示。由于抚仙湖处于亚热带季风气候区,以10月至次年4月降水量极少而蒸发强烈为特点的干季和以5月至9月降水为主的湿季所形成的干湿变化控制了湖泊演化的主要过程,区域气候变化是湖泊演化和水位变化的主要动力。结合湖泊沉积碳酸盐稳定同位素δ~(18)O和δ~(13)C、有机质含量及其同位素δ~(13)C、抚仙湖北部边缘水下侵蚀地形测量、地球物理勘探和沉积地层年代的确定和讨论,明确了抚仙湖沉积碳酸盐含量指示湖泊水位的变化,并重建了抚仙湖过去约12 ka以来水位变化的历史。结果显示,在约12 cal.kaB.P.至2.2cal. ka B.P.期间的湖泊水位变化主要经历了波动式降低的过程,其中4.37～2.2cal.ka B.P.期间高CaCO_3含量、偏正的碳酸盐δ~(18)O、δ~(13)C值指示抚仙湖一度出现低于现代湖面约30 m左右的低水位,可能记录了抚仙湖流域极端的干旱时期,在2.2～2.0 cal.ka B.P.期间抚仙湖水位经历了快速升高的变化事件,期间湖水位快速上升达到现代湖水水位,揭示了印度季风控制区区域降水的特殊性和气候变化的突发性。
  • 苏北平原沉积孢粉组合记录的全新世气候突变
    程瑜, 李向前, 乔彦松, 张祥云, 赵增玉, 郭刚
    2019, 39(03): 655-664.
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    通过中国东部苏北平原厚3.4m的PM4剖面孢粉分析结果,重建了该地区全新世以来古植被更替过程,查明了5.20～3.00 cal. kaB.P.中国东部沿海平原百年尺度的海平面变化历史,并探讨了沿海平原植被对海平面变化的响应。孢粉结果表明,全新世以来该地区的植被与气候经历了以下5个阶段:1)11.90 8.80 cal.ka B.P.,亚热带常绿、落叶阔叶混交林繁盛,气候温暖湿润;2)8.80～7.40cal.kaB.P.,发育了常绿、落叶阔叶混交林-草地,气候相对冷干;3)7.40～5.20 cal.ka B.P.,植被为常绿、落叶阔叶混交林,温度降低,降水增加;4)5.20～1.08 cal.kaB.P.,植被退化为盐生草甸;5)1.08 cal.kaB.P.以来植被中湿生草本群落繁盛。根据藜科、蒿属、禾本科和莎草科花粉的含量变化及粒度、有孔虫特征重建了相对海平面的变化历史,5.20～4.55 cal.ka B.P.、4.25～4.05 cal.kaB.P.与4.55～4.25 cal.kaB.P.、4.05～3.00 cal.kaB.P.分别为海平面上升和下降的阶段。研究区4.25～4.05 cal.kaB.P.海平面上升可与大范围尺度的“4.2 kaB.P.气候事件”相对应,可能受到了当时东亚季风减弱、苏北平原强降水与大规模洪水事件的共同驱动。
  • 我国季风边缘区湖泊沉积记录的全新世亚洲夏季风衰退事件
    吴铎, 周爱锋, 张家武, 陈建徽, 程波, 陈婕, 魏海涛
    2019, 39(03): 665-677.
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    亚洲夏季风是全球季风系统的重要组成部分,亚洲夏季风的变化对其控制区域自然生态系统的多样性和生态平衡,以及社会经济发展有重要的影响。本文选择位于现代亚洲夏季风边缘区对季风变化响应敏感的湖泊达连海为研究对象,基于陆生植物残体和全有机质的AMS~(14)C定年建立了钻孔顶部24.6 m沉积物的年代框架,利用粒度指标重建了全新世研究区水文变化过程以及亚洲夏季风衰退事件序列。结果显示,沉积物中存在数层砂层,代表了湖泊低水位时期,进而指示了亚洲夏季风衰退事件。这些事件处在11.6～11.3cal.kaB.P.、10.4～9.5 cal.ka B.P.、6.4～6.0 cal.ka B.P.、4.6～4.4 cal.ka B.P.、3.7～3.4 cal.ka B.P.、3.1～2.9 cal.ka B.P.以及2.0～0.9 cal.ka B.P.,可以发现中晚全新世以来亚洲夏季风衰退事件发生的频率显著增加。进一步与北半球高纬地区与低纬地区的气候突变事件记录对比显示,全新世百年-千年时间尺度上亚洲夏季风强度的变化与低纬ENSO活动存在密切的联系。
  • 季风与西风对青藏高原全新世气候变化的影响:同位素证据
    李秀美, 侯居峙, 王明达, 贺跃
    2019, 39(03): 678-686.
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    青藏高原气候变化在冰期-间冰期、千年、十年际和季节尺度上受亚洲季风和西风环流的交互影响,表现出显著的区域性特征。然而全新世以来青藏高原气候变化的机制还不甚清楚,主要原因之一是缺少指示意义明确的古气候代用指标。课题组近年来利用叶蜡氢同位素(δD_(wax))重建了高原东北部的青海湖、中北部的令戈错、中部的达则错、西部的班公错和阿翁错不同时间尺度的大气降水同位素记录,本文对上述工作进行总结,并结合青藏高原全新世以来已发表的其他地点的同位素和古水文记录,揭示全新世以来季风与西风对青藏高原不同区域气候变化的影响。结果表明:1)早全新世青海湖、令戈错、班公错和阿翁错4个湖泊均主要受夏季风影响,夏季风可以影响到青藏高原的大部分地区,此时夏季风在青藏高原的最北界限可能位于青海湖以北、克鲁克湖以南。2)中全新世青海湖、班公错和阿翁错受夏季风影响逐渐减弱;然而令戈错在7.0～4.5 ka水汽主要来源于西风环流。3)晚全新世青海湖和班公错受季风的影响进一步减弱;西风在3.5～1.7ka和2.0～1.0ka分别影响到高原中部的令戈错和达则错;晚全新世阿翁错受冰川融水补给影响降水同位素异常偏负。4)本研究表明在中晚全新世季风较弱的时期,西风能够深入到青藏高原内部地区,给高原内部地区带来冷湿的水汽。
  • 全新世中期7 ka前后降温事件对中国北方植被生态的影响
    黄小忠, 向丽雄, 张恩源, 孙明杰
    2019, 39(03): 687-700.
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    大量研究表明,随着气候变暖,全球生态环境发生了巨大变化。然而,在相对温暖的气候条件下,假若发生重大降温事件,生态环境尤其是植被生态会如何响应,值得深入探讨。利用近年来发表的全新世高分辨率古气候记录以及孢粉记录的植被变化,对全新世中期7 ka(1 ka=1000 cal.a B.P.)前后的降温事件及其对植被生态的影响进行了综合分析。结果表明,7ka前后降温事件在北半球很大范围都有记录,在季风边缘区伴随着气候的干旱,而在西风主导的区域总体表现为气候湿润。中国北方季风区山地以及高纬度地区表现为建群种的变化,如阔叶树种的减少以及针叶树种的增加;在季风边缘区总体表现为干旱气候下植被盖度的降低;而在西北内陆山地高山区域表现为林线的降低或树种的变化,低山地区森林下限表现为森林成分的增加以及耐旱树种的减少;在山前草原和盆地荒漠草原区域,植被的响应表现为植被盖度的增加和喜湿成分的增加。降温直接影响湿度较大的高山地区的森林成分和林线高度,而在低山干旱半干旱地区,降温则通过抑制蒸发、增加有效湿度影响植被盖度和组成。由于不同钻孔年代的不确定性、不同植被类型对气候变化的敏感性不同等,不同区域发生植被转型的时间不尽一致。全新世中期7ka降温事件的触发机制有待深入研究,可能与大型火山喷发以及太阳活动变化有关,夏季太阳辐射的持续降低以及地球系统内部反馈也是共同的原因。
  • 内蒙古达里湖沉积记录的中晚全新世干旱事件
    范佳伟, 肖举乐, 温锐林, 张生瑞, 黄云
    2019, 39(03): 701-716.
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    最近20年位于东亚夏季风北部边缘的我国北方半干旱区遭遇更为频繁、更为严重的干旱事件。然而,有关该区域过去不同时间尺度气候干旱事件的特征及机制仍知之甚少。文章详细分析了内蒙古中东部达里湖DL04岩芯上部6.5m沉积物中<38μm碳酸盐的Ca和Mg含量、δ~(18)O和δ~(18)O值以及全样有机质TOC和TN含量、TOC/TN(C/N)比值,基于高精度的AMS~(14)C年代标尺,恢复了最近6000年(日历年)湖区的水文、气候变化详细过程。结果表明:达里湖<38μm碳酸盐主要为湖泊水体沉淀的内生方解石,其Ca和Mg含量、δ~(18)O和δ~(13)C值增大反映湖水蒸发量超过补给水量,进而指示湖区干旱事件。TOC和TN含量减少以及C/N比值减小总体反映地表径流减弱引起的陆生有机质入湖减少以及湖泊初始生产率下降。达里湖沉积内生碳酸盐和有机质地球化学数据表明,在6000～5300 cal.a B.P.、3200～2800 cal.a B.P.、1650～1150 cal.a B.P.和650～300 cal.a B.P.,流域地表径流显著减弱、湖面显著降低、湖泊生产率显著下降、湖区气候显著变干、东亚夏季风显著减弱。最近6000年东亚夏季风显著减弱事件在定年误差范围内与北大西洋冰漂碎屑事件一致,而与热带西太平洋海表温度变化和太阳活动变化相关性较差,表明千、百年尺度东亚夏季风突变主要受控于北半球高纬气候变冷。
  • 青藏高原北部冰前湖沉积记录的中晚全新世冰川活动
    许腾, 朱立平, 王君波, 鞠建廷, 马庆峰
    2019, 39(03): 717-730.
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    青藏高原的冰川为亚洲地区大多数人口提供了重要的水资源,研究青藏高原的冰川活动历史有助于预估未来气候变化条件下的冰川响应。本文通过对羌塘腹地布若错沉积物岩芯的粒度、元素以及总有机碳等指标进行分析,重建了该流域中晚全新世以来的冰川活动历史。结果表明,布若错流域在5.2～4.0 cal.ka B.P.期间,冰川退缩,气候相对温暖;然而,4.0 cal.ka B.P.以来环境逐渐变干,印度季风持续减弱;随着3.2 cal.ka B.P.左右大规模的冰川前进,布若错流域进入新冰期,并受到较强西风的影响,气候寒冷干旱;1.3cal.kaB.P.以来,流域内冰川仍然维持着较大规模,然而湖面却略有升高,可能反映了西风带来了一定的降水。此外,该流域存在4次显著的冰川前进事件,它们分别发生在3.6～3.4cal.ka B.P.、3.2～2.3cal.ka B.P.、1.9～1.7cal.ka B.P.和0.4～0.1 cal.ka B.P.。这4次冷期与青藏高原其他古气候记录对应较好,这种频繁发生的冷事件可能与太阳辐射的长期衰减以及太阳活动的周期性变化有关,热带辐合带的持续南退是季风持续减弱的重要原因;此外,中晚全新世北大西洋的气候变化通过增强的西风环流对该流域产生影响。
  • 全新世暖期鼎盛期与未来变暖情景下东亚夏季降水和气温变化对比
    赵亮, 刘健, 刘斌, 严蜜, 宁亮, 靳春寒
    2019, 39(03): 731-741.
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    利用通用气候系统模式(Community Climate System Model,简称CCSM)全新世和21世纪气候模拟试验数据,对比分析了全新世暖期鼎盛期和RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5,简称RCP4.5)未来变暖情景下东亚地区夏季地表气温和降水的空间分布特征,并探讨了两个暖期夏季气候变化的成因机制。结果表明:1)全新世东亚地区最暖的夏季出现在9 ka B.P.前后,这与地球轨道参数有关;2)RCP4.5温室气体排放情景下21世纪整个东亚地区的夏季平均地表气温均呈上升趋势,而在全新世暖期鼎盛期东亚地区的夏季地表气温呈现同心圆状分布;3)全新世暖期鼎盛期和未来变暖情景下东亚地区夏季降水的空间分布有明显差异,前者东亚地区的夏季降水呈现“南负北正”的偶极子分布形态,而后者呈三极子形势;前者东亚夏季降水的变化幅度明显强于后者;4)全新世暖期鼎盛期副高偏强,中国东部偏南气流较强;而在RCP4.5未来变暖情景下副高偏弱。
  • 基于石笋记录的晚全新世太平洋东西两岸季风区气候事件对比研究
    黄冉, 陈朝军, 李廷勇, 吴尧, 肖思雅, 张键, 王涛, 李俊云
    2019, 39(03): 742-754.
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    研究晚全新世季风气候演变有助于进一步认识与预测未来季风区气候变化。太平洋东西两岸是全球季风集中分布的地区,已经有大量的古气候记录发表,但是缺乏对各个季风区气候突变事件以及整体变化趋势的对比研究。针对这一问题,选取亚洲季风区、印澳季风区、北美季风区、南美季风区11个洞穴石笋δ~(18)O和1个湖泊Ti含量,对比研究各个记录在3.5～0.5 kaB.P.期间指示的夏季风变化特征。通过对比发现四大季风区的石笋δ~(18)O在晚全新世整体上呈现偏正趋势,指示夏季风减弱;2次重要的气候突变事件1.5 ka B.P.和2.7 ka B.P.弱夏季风事件在各个季风区内均有表现;同时也记录了一系列十年际-百年际尺度的弱夏季风事件,表明太平洋东西两岸和南北半球的夏季风都有减弱的趋势,这与先前研究认为的南北半球呈现“see-saw”模式表现出不一样的特征。晚全新世以来ENSO(El Nino-Southern Oscillation)活动的增强对太平洋东西两岸南北半球夏季风减弱具有重要影响。在El Nino事件发生时,Walker环流减弱,而且它的上升支向东移动远离西太平洋暖池,西太平洋副热带高压增强并向西移动,导致亚洲夏季风减弱。Walker环流的东移也会使得印度尼西亚-太平洋暖池(Indo-Pacific Warm Pool,简称IPWP)海温下降,热带季节内震荡减弱致使印澳夏季风减弱;此外,El Nino事件发生时,赤道东太平洋海水温度上升导致东西太平洋海水温度梯度减弱,在此状态下南美季风区低空急流(Low Level Jet,简称LLJ)减弱,导致南美夏季风减弱;同时,北美洲加勒比海低空急流增强,使得该季风区下沉气流增强,导致北美夏季风减弱。我们的研究表明,在晚全新世ENSO活动增强的状态下,太平洋东西两岸南北半球夏季风变化可能都呈现减弱趋势。
  • 辽宁本溪高分辨率石笋氧同位素记录的东亚夏季风“2.8 ka”事件
    蔡炳贵, 李苗发, 王芳, 王立胜, 王学锋, 马志邦, 闫禹
    2019, 39(03): 755-764.
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    本研究利用辽宁本溪庙洞石笋MD12,通过~(230)Th定年和高分辨率氧同位素分析,并集成庙洞另一支石笋MD11序列,重建了3.04～2.60ka B.P.时期辽东地区夏季风(降水)变化历史。该石笋氧同位素序列记录了2.8 ka事件的详细过程,事件的核心阶段起止时间约为2.76～2.66ka B.P.,中心点位于2.68ka B.P.,稍微晚于西南石笋氧同位素记录(约2.71 ka B.P.),但是在事件的开始时间上,庙洞石笋氧同位素记录比西南石笋氧同位素记录晚了约100年。因此,庙洞石笋氧同位素记录与西南石笋氧同位素记录中显示的缓慢减弱-快速增强模式不同,2.8ka事件在辽东石笋氧同位素记录中表现为快速减弱-突然增强的变化模式,与太阳活动代用指标一致变化,支持太阳活动是2.8ka弱季风事件驱动因子的观点。庙洞石笋氧同位素快速响应太阳活动的变化特征,说明其动力学机制可能是太阳活动减弱导致北半球高纬度地区温度降低,然后通过大气“遥相关”作用影响东亚夏季风。
  • 小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录
    张伟宏, 陈仕涛, 汪永进, 赵侃, 邵庆丰, 王天阳, 朱丽东
    2019, 39(03): 765-774.
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    研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度~(230)Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361～1955 A.D.时段分辨率达5a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ~(18)O值在-7.8‰～-9.3‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。
  • 小冰期多尺度气候波动:贵州董哥洞高分辨率石笋记录
    王健, 程海, 赵景耀, 李瀚瑛, 宁有丰, 张美良, 朱晓燕
    2019, 39(03): 775-785.
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    具有精准年代控制的高分辨率气候记录对于深入研究小冰期气候变化规律具有重要意义。文章基于黔南荔波县董哥洞D41石笋(研究部分长约11.7 cm)的24个U-Th绝对定年和1165组碳、氧稳定同位素测试数据,得到明清小冰期期间(公元1400-1880年)平均分辨率高于0.5年的洞穴上游水汽传输路径的空间集成降雨量变化记录。重建记录表明小冰期内部气候变化存在着多年代际-百年尺度变化趋势和年际-年代际波动;次级波动与干旱事件、火山活动的响应表明石笋δ~(18)O能够反映一定的大尺度气候信号。D41石笋的δ~(18)O序列功率谱分析结果显示出160年、11.5年、9年以及14～16、4～7年周期,可能反映了太阳活动和ENSO等地球气候系统内部变率的影响。中国南北方多根石笋氧同位素记录的对比表明崇祯大早期间(公元1628-1643年)石笋记录显示出与历史文献资料类似的干旱边界,从南方至北方水汽传输路径上,干旱状态反映的空间集成降雨量减少可能是引起北方石笋氧同位素偏重的主要原因。另外,石笋氧同位素记录在年际-年代际尺度上明显的区域差异表明在短尺度上将单个洞穴石笋氧同位素记录用作亚洲季风强度指标时需要谨慎。
  • 深海和冰芯证据指示氧同位素阶段MIS 11～10时期北极冰盖增长滞后
    张浣荻, 郝青振
    2019, 39(03): 786-788.
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    <正>深海氧同位素阶段(MIS)11时期与全新世及未来的地球轨道参数变化相似,被学术界认为是未来环境的天文相似型。自20世纪末开始,该时期的气候行为特征和机制就受到学术界的密切关注~([1])。根据黄土粒度—冬季风—北极冰盖的联系~([2]),我们提出黄土粒度快速增长的时间(变率)对北极冰盖增长的时间具有指示作用~([3])。根据黄土高原西峰驿马关和洛川两个黄土-古土壤典型剖面(图1)样品粒度