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  • 2020年, 40卷, 第06期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 欧-亚-非大陆季风:超级大陆与超级季风的雏形
    程海, 李瀚瑛, 张旭, 张海伟, 易亮, 蔡演军, 胡永云, 石正国, 彭友兵, 赵景耀, Gayatri Kathayat, Ashish Sinha
    2020, 40(06): 1381-1396.
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    欧洲-亚洲-非洲大陆聚集在一起,占地球陆地面积的一半以上(约56%),整体上可以近似看作是超级大陆的"雏形";相应地,广泛分布的亚洲-非洲季风-干旱气候系统也可以近似为超级季风-干旱系统的"雏形"。对这一巨大气候体系的研究不仅本身有十分重要的理论和实际意义,同时也能够为研究潘基亚超级大陆-超级季风系统及其演化提供现代或第四纪的"相似型"。晚更新世-全新世地质记录和气候模拟结果表明亚洲-非洲夏季风气候变化主要响应北半球夏季太阳辐射变化;南北半球季风变化在岁差尺度上的相位关系近于相反;西风环流影响下的中亚干旱-半干旱区气候变化在岁差尺度上与亚洲季风也接近同相位变化;亚洲-非洲季风-干旱气候系统的这些变化在岁差尺度上领先于全球冰量的变化。总体上,似乎可以提出这样一种假说:受到地球轨道偏心率幅度调谐的太阳辐射在岁差尺度的周期波动可能是季风-干旱气候在轨道尺度上的主导"韵律",包括潘基亚超级大陆季风气候在轨道尺度上的变化。第四纪欧洲-亚洲-非洲"超级大陆"及其季风-干旱系统本质上与潘基亚超级大陆的季风-干旱系统有着一定程度的相似性,因此研究前者是理解后者(所谓将今论古)的重要途径之一,对解译深时"碎片"化的地质记录有实际意义。
  • 新生代以来底栖有孔虫碳氧同位素变化在偏心率长周期上的相位关系及其指示意义
    马小林, 田军, 刘丰豪
    2020, 40(06): 1397-1405.
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    新生代以来地球气候依次经历了两极无冰、单极有冰和两极有冰的气候状态,对比研究这些不同气候背景下地球气候的演化历史可以为我们全面理解新生代气候演化的驱动机制提供新思路。为了探索偏心率长周期上(400 ka)气候变化与冰盖演化和碳循环之间的关系,汇总了新生代以来全球大洋10个站位底栖有孔虫成对的δ~(18)O和δ~(13)C记录,采用交叉小波、瞬时相位和滤波方法,分析了它们在偏心率长周期上的相位关系。分析结果表明,新生代大部分时段底栖有孔虫δ~(18)O和δ~(13)C在偏心率长周期上都具有较高的相关性,但是晚中新世到早上新世相对较弱。新生代底栖有孔虫δ~(18)O在偏心率长周期上略领先δ~(13)C的变化。古新世-始新世无冰期,偏心率长周期上底栖有孔虫δ~(18)O和δ~(13)C接近同相位,主要由轨道驱动的降水变化引起的营养盐-生物泵和陆源碳输入控制,该过程强调碳循环的低纬驱动。渐新世-中新世南极有冰的气候状态下;δ~(18)O和δ~(13)C的相位关系及其驱动机制与古新世-始新世类似,这表明南极冰盖对碳循环和气候变化的影响有限。此外,中新世冰盖变化引起的海平面升降导致陆架碳酸钙在冰期-间冰期旋回上的变化是促使中新世底栖有孔虫δ~(18)O和δ~(13)C在偏心率长周期上趋于同相位的一个重要原因。在中中新世气候适宜期,偏心率长周期上δ~(13)C短暂领先δ~(18)O的变化可能是由于火山除气作用导致CO_2大量入侵海-气系统所致;约13.8 Ma东南极冰盖扩张之后,偏心率长周期上δ~(18)O开始领先δ~(13)C的变化,并且相位差逐渐增大;表明东南极冰盖扩张足以通过调节大洋环流、海平面、生产力、陆源碳输入和陆地植被进一步影响大洋碳循环和气候变化。上新世以来偏心率长周期上δ~(18)O领先δ~(13)C变化,并且相位差达到了新生代的最大值(约100 ka),表明两极冰盖的大幅度生长,已经深刻影响了碳循环和气候变化。
  • 3 Ma以来轨道尺度东亚冬季风演化的模拟研究
    张肖剑, 靳立亚, Andrey Ganopolski, Matteo Willeit
    2020, 40(06): 1406-1417.
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    轨道尺度东亚冬季风变率对认识第四纪东亚环境演化和北半球冰盖演化具有重要的作用。文章利用德国波茨坦气候影响研究所的中等复杂程度地球系统模式(CLIMBER-2)对过去3 Ma气候和环境的模拟结果,探讨了轨道尺度东亚冬季风演化特征及其变化机制。采用两种指数反映东亚冬季风强度,分别指示中纬度西风强度(EAWMU)和东亚北风强度(EAWMV)。CLIMBER-2较好地模拟出了3 Ma以来地球冰期-间冰期旋回特征,以及第四纪以来全球变冷趋势。东亚冬季风在过去3 Ma以来呈现逐渐增强的趋势,EAWMV和EAWMU分别在约2.6 Ma和约1.5 Ma突然增强。EAWMV(EAWMU)在约2.2 Ma(约1.5 Ma)之前主要以20 ka岁差周期为主导,约2.2～1.0 Ma(约1.5～1.0 Ma)的转型期以41 ka倾角周期和20 ka岁差周期为主导,约1.0 Ma之后则均出现100 ka、41 ka和20 ka这3个轨道周期特征,并以100 ka偏心率周期为主导。在约2.2 Ma (约1.5 Ma)之前,EAWMV(EAWMU)主要受控于太阳辐射的直接强迫作用,北半球冰盖的作用相对较弱,在此之后北半球冰盖起主导作用,太阳辐射的直接强迫作用相对较弱。因此,第四纪东亚冬季风与北半球冰盖存在复杂的耦合关系,当冰盖规模较小时,它们的关系很弱;反之,当冰盖规模较大时,它们的联系加强。
  • 银川盆地PL02钻孔孢粉记录的晚上新世-早更新世时期的古气候变化周期
    田晏嫣, 周助, 迟长婷, 陆璐, 王均平, 魏明建
    2020, 40(06): 1418-1430.
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    晚上新世-早更新世时期是全球环境发生转折的重要过渡时期。银川盆地位于中国西北内陆地区,同时又处于干旱与半干旱区域的交界地带,在盆地内部蕴藏着丰富的新生代沉积,是研究古环境演化的理想区域,深度为720.77 m的PL02钻孔位于盆地内部的沉降中心附近,属于典型沉降盆地的洪泛沉积环境。本文选取银川盆地PL02钻孔下部(深度705.7～247.9 m)晚上新世-早更新世时期(古地磁年龄3.3～1.5 Ma)的孢粉、磁化率及粒度等指标,通过孢粉分析、频谱分析和小波变换等方法,恢复了银川盆地晚上新世-早更新世时期的古环境演化特征,并对该时期的古气候变化周期进行分析。研究结果显示:银川盆地在晚上新世时期(约2.8 Ma)气候已经开始逐渐变冷变干;进入早更新世时期(约2.6 Ma),研究区气候变得更加干旱并且冷暖波动较大;同时,孢粉、磁化率和粒度等指标均反映出银川盆地晚上新世-早更新世时期古气候变化具有较显著的约20 ka的岁差周期与约40 ka的地轴倾角周期,但约100 ka的地球轨道偏心率周期仅在个别指标中有所表现。另外,本研究结果与中国黄土高原和深海氧同位素记录所揭示的晚上新世-早更新世时期气候变化周期较为一致。因此,认为银川盆地在该时期的气候波动可能受到了地球轨道因素的影响,且与全球环境变化具有相似性。
  • 约900 ka前后冰期夏季风降水减弱:东北平原湖相沉积物的粒度证据
    詹涛, 曾方明, 杨业, 葛俊逸, 马永法, 张俊, 姜侠, 黄荣富, 梁彦霞, 李峨, 王逊, 周鑫, 邓成龙
    2020, 40(06): 1431-1440.
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    中更新世转型(mid-Pleistocene Transition,简称MPT)期间,除了冰量周期由40 ka向100 ka的特征转变之外,约900 ka以后,高纬冰量、全球海平面和大气CO_2/大洋碳库的变幅也都发生了明显变化,这些因素对东亚夏季风的演化产生了深远影响。但关于此时期东亚夏季风降水的变化趋势及其驱动机制,目前尚存在不同看法。本文在前期古地磁和光释光(optically stimulated luminescence,简称OSL)年代框架的基础上,基于东北平原QAL钻孔上部71 m的沉积物粒度重建了夏季风降水演化序列。结果表明:1)时间跨度为1180～450 ka的林甸组和令字组均为较细颗粒的湖相沉积,且林甸组明显较令字组颗粒粗; 2)粒度粗的层位代表低湖面阶段,反映降水少,为冰期,反之亦然; 3)小波分析显示约900 ka后,100 ka周期特征明显,为通过与深海氧同位素对比获得更精细的年龄序列奠定基础; 4)约900 ka后,冰期的降水有明显减弱的趋势。高纬冰量扩张造成的全球海平面下降导致更多陆地暴露出海平面,增加了大洋水汽的输送距离,可能是降水减少的一个影响因素。大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,简称AMOC)减弱,热带太平洋区域"热带辐合带"(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)南移,可能是东亚夏季风降水减弱的另一重要原因。古湖相沉积能够用来重建长尺度夏季风降水变化,未来应加强东亚季风区不同区域古湖泊沉积研究,进而弥补长尺度夏季风演化研究存在的不足,这将有助于更好理解轨道尺度夏季风演化的动力机制。
  • 中国南方红土记录的中更新世气候转型及其环境效应
    熊文婷, 朱丽东, 张晓, 郭利成, 叶玮, 熊尚发
    2020, 40(06): 1441-1452.
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    中更新世气候转型(MPT)是第四纪气候变化的重要过程,主要表现为全球气候系统的主导周期由41 ka转变为100 ka,全球冰量显著增多,海洋温度下降,陆地干旱化程度显著增强。与海洋沉积记录相比,陆相沉积记录的MPT研究易受载体的连续性和分辨率限制,总体上不多,而针对中国南方红土MPT的工作就更为稀见。本文基于ESR年代学框架,对江西九江九庐(JL)红土剖面的多个环境代用指标进行主成分(PCA)分析,尝试建立JL红土剖面第四纪环境演化序列,并据此与深海氧同位素记录进行对比,结果表明JL红土剖面记录了MPT过程,其中区域气候系统的相对稳定状态在MPT后可能被打破,区域气候向着冷干方向持续发展。综合考虑本研究结果与全球气候变化背景,推测MPT时期全球冰量增加、全球变冷、西伯利亚高压增强,共同驱动着中国南方地区的更新世气候演化。
  • 西宁黄土白云石和碳同位素记录的轨道尺度季风气候变化
    王素素, 鹿化煜, 王珧, 王先彦, 张肖剑, 王晓勇
    2020, 40(06): 1453-1463.
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    第四纪轨道尺度东亚季风变化的主控周期及其驱动机制还没有一致的认识,高纬地区冰量和低纬岁差变化如何驱动季风气候变化没有定论。沉积过程连续、堆积速率快的黄土-古土壤序列是揭示轨道时间尺度季风气候变化的良好材料。我们选择青藏高原东北部西宁泮子山黄土堆积上部的60 m作为研究对象,通过钻探取样和分析最近280 ka以来黄土-古土壤序列的磁化率、碳酸盐含量、白云石含量、碳酸盐碳同位素等古气候代用指标,探讨青藏高原东北部东亚夏季风气候的变化规律和控制因素。利用频谱和小波分析方法对季风气候变化的时间序列进行分析。结果显示,最近280 ka以来东亚夏季风变化具有轨道尺度的变化周期,并与高纬冰量和北半球温度变化有一定的联系;同时,西宁黄土古气候时间序列具有显著23 ka的岁差周期,表明低纬过程对东亚季风的重要作用。岁差调制的低纬太阳辐射变化可能是驱动青藏高原东北部轨道尺度季风降水变化的主导因素,高纬冰量和温度变化对轨道尺度的季风变化也有一定的影响。
  • 第四纪热带西太平洋表层海水氧同位素的岁差周期
    黄恩清, 赵蔓, 王跃, 田军
    2020, 40(06): 1464-1473.
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    表层海水氧同位素记录是重建低纬水循环演化历史的一个重要手段,但受到区域降水-蒸发平衡、洋盆间水汽再分配、陆地淡水输入、洋流混合等众多因素的影响,其气候意义的解读十分复杂。文章收集和计算了过去45万年以来热带西太平洋-南海数个站位剩余海水氧同位素的波动历史。发现这些记录存在显著的岁差周期,并且在岁差周期上呈现出同相变化,即在北半球夏季辐射量的高值期,表层海水同位素出现正偏移现象。结合同位素数值模拟结果,推测岁差低值促发了两个机制:一是热带辐合带平均位置北移,导致从热带大西洋往太平洋的水汽输送量下降,二是太平洋向亚洲大陆输出的水汽增多,陆地液态水储库增大。这两个机制共同导致热带西太平洋淡水减少,使得表层同位素出现偏重现象。并且这两个机制的效应超过了大洋内部降水变化的影响,导致表层海水同位素出现大空间尺度上的一致性变化。
  • 不同间冰期东亚夏季风北界的位置变化及机制研究
    王振乾, 张旭
    2020, 40(06): 1474-1485.
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    本文采用海洋-大气耦合气候模式COSMOS(ECHAM5/JSBACH/MPIOM)探讨800 ka以来东亚季风区在不同间冰期的气候特征。本研究采取了Barker等2019年提出的有关间冰期暖期稳定态的定义,即全球冰量处于或接近最低值,且没有千年气候事件/冰融水事件发生的间冰期早期阶段,保证了试验设计的真实性。结果表明:11个间冰期相比于工业革命前(Pre-industrial,简称PI)时期,MIS1、MIS5.5、MIS7.3、MIS7.5、MIS9.3、MIS11.3、MIS 13.1、MIS 15.1和MIS 17时期在中国中高纬度大部分区域地表温度升高,而MIS 15.5和MIS 19.3与之相反;除了MIS15.5时期在中国北方降水减少以外,其余间冰期在中国北方降水均增多。在MIS15.5时期,CO_2浓度低于PI时期,近日点的经度与PI时期接近,但偏心率约是PI时期的3倍,使得该时期北半球夏季接收到更少的太阳辐射,海陆热力差异减弱,导致东亚夏季风减弱,季风北界南移; MIS19.3时期,由于轨道参数变化不大,使得海陆热力差异与PI相比变化不大,所以季风强度变化不大,季风北界位置基本不变。其中,北半球夏季太阳辐射高于PI时期的其他间冰期阶段,其季风北界向西北方向移动,与西太平洋副热带高压(西太副高)的强度和位置的相应变化有关。这表明夏季太阳辐射的变化可能通过西太副高调节中国北方降水,从而改变了东亚夏季风北界的位置。
  • 晚中更新世以来东亚季风降水变化对轨道强迫和全球冰量变动响应的区域差异
    谢小训, 刘晓东
    2020, 40(06): 1486-1498.
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    利用通用气候系统模式CCSM3完成的3组不同气候强迫因子驱动下过去30万年的长期瞬变模拟试验,即纯轨道强迫试验(O)、轨道加温室气体强迫试验(OG)和进一步包含冰盖变化的全强迫试验(OGI),对比研究了晚中更新世以来东亚季风降水变化的区域差异及其对天文日射、温室气体和全球冰量变化的响应机制。模拟结果表明,轨道尺度东亚季风降水变化以2.3万年的岁差周期为主导,但东亚北方(35°～45°N,105°～120°E)和南方(25°～35°N,105°～120°E)季风降水在岁差波段具有不同的相位关系。东亚北方季风降水主要受岁差强迫控制,与岁差引起的北半球6月日射同相位变化;而在岁差波段上东亚南方季风降水变化直接受全球冰量变动的调制,其相位显著滞后于北半球6月日射变化约5000年,东亚南方季风降水极大(小)值与全球冰量极小(大)值相对应。岁差引起的北半球夏季日射增加通过放大东亚大陆至北太平洋之间海陆热力对比,增强东亚地区向北的水汽输送,从而使东亚北方季风降水增多;相反,当岁差引起的北半球夏季日射降低时东亚北方季风降水减少。当在岁差波段上北极冰盖减少(增大)时,冰量变化所激发的夏季对流层中层北半球环流异常能够通过北太平洋传递到东亚,导致东亚南方地区对流层低层风场辐合加强(减弱)、降水相应增多(减少)。本文的模拟结果指出,轨道尺度东亚季风降水变化存在明显的区域差异,轨道强迫和冰量变动分别主导了岁差尺度东亚北方和南方夏季降水的变化。
  • 末次间冰期127 ka时期植被反馈增强东亚夏季风降水的数值模拟研究
    张琼, 陈婕
    2020, 40(06): 1499-1512.
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    黄土和石笋等古气候代用资料表明在末次间冰期间,东亚夏季风增强、降水增多。本研究利用地球系统模式EC-Earth模拟了末次间冰期127 ka时期的气候,通过和工业革命前的气候模拟控制试验做比对,分析了127 ka时期由于地球轨道参数变化导致的东亚夏季风的空间变化特征。我们利用了两种EC-Earth的模式配置,即"大气-陆面-海洋-海冰"耦合模式和"大气-陆面-海洋-海冰-动态植被"耦合模式,分别估算轨道强迫和植被反馈对东亚夏季风降水变化的贡献。数值模拟结果表明,地球轨道强迫导致的海陆热力差异使得东亚夏季风系统显著增强并北移西伸,中国中部及华北地区降水增多而东部沿海地区降水减少。耦合了动态植被模式的试验结果表明,127 ka时期温暖湿润的气候致使东亚地区植被增多,植被的蒸腾作用使得地表的感热和潜热通量显著增大,从而增强了局地水循环,使降水进一步增多。植被的反馈作用在原本温暖湿润的华南地区对降水的影响并不显著,但是对相对干旱的我国中部和华北地区降水有显著影响。数值试验结果表明轨道强迫和植被反馈的共同作用能使内陆的四川盆地到华北一带夏季降水增加约40%,其中30%的增加是由于轨道强迫作用,约10%是由于植被反馈。这个研究也提醒我们,要得到更加合理的对过去或未来气候变化的模拟结果,有必要使用耦合动态植被的气候系统模式。
  • 末次间冰期以来古火对千年及轨道尺度气候和植被变化的响应
    崔巧玉
    2020, 40(06): 1513-1521.
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    火是地球系统的重要组成部分,与气候变化、植被演替关系密切。正确认识自然状态下火-气候-植被之间的耦合关系是理解过去火演化机理、预测未来气候变化下火活动频率和强度的迫切需要。末次间冰期及末次冰消期是现今间冰期的气候相似型,其轨道及千年尺度火与气候、植被演化规律研究可为维持全球升温背景下陆地生态系统的稳定提供重要科学依据。本研究聚焦末次间冰期以来已有古火研究,借助全球炭屑数据库,归纳总结千年及轨道尺度上火对气候和植被变化的响应规律,获得以下主要认识:末次间冰期以来,轨道尺度上火演化趋势整体上与气候变化趋势一致;末次间冰期全球火活动整体高于末次冰期,但波动性较大;全球火活动在D-O旋回暖期增多,D-O旋回冷期及Henrich事件中火活动减少;植被对气候响应的滞后可以解释古火记录对气候旋回的滞后。但由于涵盖末次间冰期的古火记录缺乏,导致末次间冰期时段的古火集成结果存在一定的不确定性。深入理解轨道-亚轨道尺度全球及区域古火演化规律及机制需要更多长时间尺度高质量的古火及古植被记录的支持。
  • 鲁中山地北麓黄土-古土壤粘土矿物组成及古环境意义
    万琳琪, 朱丽东, 彭淑贞, 丁敏, 赵秋月, 张伟, 郝青振
    2020, 40(06): 1522-1531.
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    鲁中山地北麓的黄土沉积是我国东部平原区第四纪冰期-间冰期古环境变化的重要记录。目前,对这套沉积经历的风化成壤过程还没有开展系统的研究,限制了轨道尺度古环境变化信息的挖掘。本文采用X射线衍射分析方法,对鲁中山地北麓黑山剖面末次间冰期以来代表性的黄土L_1和古土壤S1样品进行了粘土矿物测试分析。结果表明,黑山黄土沉积的粘土矿物组成以伊利石和蛭石(含层间羟基矿物,简称HIM)为主,二者含量在70.9%～82.2%之间,而高岭石、绿泥石和蒙脱石含量相对较少;与冰期黄土L_1相比,间冰期古土壤S_1含有较高的蛭石(+HIM)和高岭石,而伊利石、绿泥石和蒙脱石的含量相对较低,并且伊利石结晶度KI值和绿泥石风化指数(0.47/0.71 nm)显著增高。粘土矿物组合以及伊利石和绿泥石的化学风化特征表明古土壤经历了中等风化成壤作用,指示了暖温带湿润-半湿润的气候环境,夏季风显著增强。末次冰期黄土L_1中含有较多碎屑成因的蛭石(+HIM),与已有黄土高原末次冰期黄土研究结果对比分析后,排除了鲁中山地北麓黄土与黄土高原黄土一样主要来自西北内陆荒漠区的可能,这进一步支持了鲁中山地北麓黄土主要来源于近源的华北平原各类沉积物的结论。
  • 南海冰期陆架风化与碳循环
    万世明, 秦琳, 杨守业, 赵德博, 张晋, 矫东风, 蔡观强, 裴文强, 龚红梅, 徐兆凯, 黄杰, 于兆杰, 靳华龙, 李安春, 李铁刚
    2020, 40(06): 1532-1549.
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    第四纪冰期-间冰期旋回中大气CO_2浓度周期性演变的过程和机制是国际学术界长期争论的前沿科学问题。迄今研究大多强调大洋深部过程的调控,忽略了冰期-间冰期时间尺度上海平面巨大变化所引起的陆架风化的反馈作用。本研究基于末次冰盛期以来海南岛万泉河口、珠江口、台湾浊水溪口和南海北部台西南盆地4根岩芯沉积物粘土粒级组分的钕同位素和粘土矿物组成的分析,开展了南海及全球其他地区的风化和气候记录对比。南海西侧的东亚大陆化学风化强度在全新世明显高于末次冰盛期-冰消期,突显了末次冰期以来大陆风化演变的季风驱动;台湾则呈现较为稳定的化学风化模式,反映了高侵蚀速率条件下受限制的化学风化。台西南盆地的沉积物源持续来自台湾岛,显示出冰期的化学风化强度比全新世增强近1倍。类似记录在南海北部和南部陆坡-海盆,甚至西菲律宾海都有发现,推测为冰期低海平面时期陆架暴露风化增强所致。本研究表明,冰期热带陆架硅酸盐风化是影响冰期-间冰期碳循环的一个不可忽略的重要机制。
  • 过去21 ka中国干湿变化的瞬变模拟分析
    刘珊珊, 姜大膀
    2020, 40(06): 1550-1561.
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    地表干湿变化是气候研究的热点问题。本研究利用一个古气候瞬变模拟试验的数据,采用降水与潜在蒸散量(PET)之比所定义的干湿指数(AI),研究了过去21 ka中国地表干湿状况演变特征。就中国区域平均而言,气候在10 ka B.P.以前总体偏湿,之后则逐渐变干。决定干湿变化的外强迫因子随时间而变。22～19 ka B.P.,AI受低温室气体浓度和大陆冰盖影响,比目前高22%; 19～10 ka B.P.,AI随温室气体浓度增加和大陆冰盖融化而逐渐降低,同时随着北半球高纬夏季日照量增大而升高,总体上维持在末次冰盛期的水平; 10 ka B.P.之后,AI受控于轨道强迫,逐步降低至目前水平。在过去21 ka,AI变化总体上由PET主导:温室气体浓度、轨道参数分别通过影响近地面气温和相对湿度来改变PET大小;而在冰盖强迫下,PET变化源自气温和相对湿度的联合作用。与轨道尺度变化不同,气候在千年尺度冷事件期间总体偏干,变化主因是降水减少。空间上,AI变化有明显地域差异,不同地区AI变化的主导因子、对相同外强迫的响应形式各不相同。
  • 21 ka以来帝汶海区钻孔堆叠记录的古海洋学意义
    徐建, 可菲, Wolfgang Kuhnt, Ann Holbourn, 张鹏, 崔瑞, 刘恒, 孙金梁
    2020, 40(06): 1562-1576.
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    印尼穿越流是连接西太平洋和印度洋的唯一载体,与东亚季风和ENSO活动密切相关。帝汶海区是印尼穿越流的主要出口之一,该区不同钻孔末次冰期以来的古海洋学记录显示在长时间尺度上变化存在着很高的相似性。为了捕捉出口处印尼穿越流的平均信号,本研究将这些记录进行堆叠,并与其他海区的钻孔记录进行对比,探讨印尼穿越流对东亚季风和ENSO活动的响应。总体上,堆叠记录较为精准地复制了各个钻孔记录的信息。帝汶海区表层海水温度堆叠记录与其他海区钻孔记录对比显示末次冰期至12～6 ka期间帝汶海可能位于暖池范围内,而晚全新世时位于暖池的边缘;温跃层深度、海水温度和盐度堆叠记录揭示自末次冰期以来印尼穿越流温跃层流呈现逐渐强化的趋势。结合现代水文资料和堆叠记录与其他古海洋古气候记录的对比等,本文推测了不同时期ENSO的冷暖期状态以及东亚季风对印尼穿越流的影响方式和过程。
  • 末次冰盛期以来冲绳海槽古海洋环境研究进展
    何炽鹏, 李冬玲, 李正, 沙龙滨, 翟滨, 汤佳冰, 李显富
    2020, 40(06): 1577-1587.
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    冲绳海槽处于东海与西太平洋边缘的交界处,不仅对全球气候变化响应敏感,其环境变化也影响着东亚边缘海,乃至东亚大陆的环境,是研究古海洋环境的理想区域。该区域的古海洋环境研究多集中于末次冰盛期以来,因此本文以冲绳海槽为主体,总结了该区域末次冰盛期以来古海洋环境变化的相关研究,主要包括3个方面:古海平面、温度和盐度等;沉积物来源及其演化;黑潮及其对海洋环境的影响。该区域末次冰盛期以来的环境变化可大致分为,主要由海平面控制为主的末次冰盛期-早全新世和由黑潮、季风等因素控制的早全新世-现代两个主要的阶段。沉积物主要来自古黄河、长江、日本、台湾岛以及火山喷发物质等,但不同区域、不同时间的物质来源存在差异。另外,黑潮是该区域最主要的海流,其路径和强度末次冰盛期以来经历多次变化,并对其他海洋环境要素产生重大的影响。综合上述研究,提出未来应该系统建立冲绳海槽海洋环境演化历史、加强黑潮对周边流系的影响和陆源物质源-汇过程的系统研究。
  • 全新世北半球中纬度降水变化对不同外强迫响应的模拟研究
    孙炜毅, 刘健, 万凌峰, 宁亮, 严蜜
    2020, 40(06): 1588-1596.
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    北半球中纬度(30°～50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的Tra CE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势及其对外强迫的响应。结果表明:全新世以来重建的中纬度降水呈增加趋势,在距今10～7 ka,Tra CE-21 ka全强迫试验模拟出了这一趋势,主要受陆地冰盖衰退、淡水注入和轨道参数(ORB)的共同影响。在7～0 ka,NNU-12k的ORB试验与重建的降水增加趋势一致,但主要集中在海洋地区。两个模式均模拟出了欧亚大陆中纬度地区比北美大陆干燥的趋势特点,并发现是ORB的作用引起的;而温室气体(GHGs)主要对欧亚大陆降水增强有所贡献,但不能抵消ORB的负贡献。然而,模拟的中纬度降水对全新世以来ORB、GHGs的响应存在模式依赖性,这是今后重建-模拟资料对比时需要考虑的重要因素。
  • 全新世火山喷发对温度变化趋势影响的模拟研究
    万凌峰, 刘健, 高超超, 孙炜毅, 宁亮, 严蜜
    2020, 40(06): 1597-1610.
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    全新世气候变化模拟对了解气候变化的特征和驱动机制具有重要意义。而利用地球系统模式CESM对全新世气候进行瞬变模拟的研究至今还是空白。同时前人只考虑地球轨道参数、温室气体、大陆冰盖、融水这4种外强迫因子作用的模拟结果和集成重建的全新世全球年平均温度的变化呈相反的趋势,尤其是在5.00～0.15 ka B.P.时段差异最为显著,被称为全新世"温度悖论",至于其原因至今尚无定论。因此,文章利用CESM1.0.3,并考虑更全面的外强迫(地球轨道参数、太阳辐射、火山喷发、温室气体、土地利用/土地覆被)对全新世气候变化进行瞬变模拟。基于本文模拟结果分析发现全强迫试验模拟的全球范围合成年平均温度与Marcott等(2013)集成重建的全球年平均温度在5.00～0.15 ka B.P.时段的变化趋势基本一致,均下降0.50℃左右,有效地化解了5.00～0.15 ka B.P.时段的"温度悖论"。研究还发现,此降温趋势主要是由火山喷发外强迫作用导致的,在此时段火山喷发外强迫导致了0.86℃的降温效应,温室气体强迫作用导致0.38℃的升温趋势,而其他外强迫的贡献较小,合计约为-0.02℃。5.00～0.15 ka B.P.时段火山喷发导致降温趋势的原因在于连续增强的火山气溶胶改变了地表辐射平衡,使得地表接收的太阳辐射减少和射出长波辐射增加。
  • 早全新世与未来10 ka后东亚区域气候变化对比:自然强迫和人类活动的影响
    李新周, 刘晓东
    2020, 40(06): 1611-1621.
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    以准两万年周期为特征的地球岁差参数变化所引起的太阳辐射变动是造成万年尺度亚洲季风气候变化的主要驱动力。现代地球近日点时间出现在冬季12月份,但在约1万年(10 ka)前的早全新世和未来10 ka后的未来,近日点时间均出现在夏季6月份,因而对北半球气候施以最强的岁差强迫。未来10 ka后气候除了受轨道改变引起太阳辐射变化强迫外,主要受人类活动排放温室气体影响。文章利用一个全球气候模式完成了早全新世、未来10 ka和现代(包括工业革命前)这3个时间段的一系列敏感性试验,对比检查了自然强迫和人类活动对东亚区域气候的可能影响。模拟结果表明:在仅有自然强迫时,与工业革命前相比,岁差引起的太阳辐射变化可造成早全新世及未来10 ka后东亚区域夏季变暖,冬季变冷,东亚夏季风和冬季风均显著增强。早全新世东亚区域夏季降水也明显增加,但因自然强迫下未来10 ka后温室气体浓度偏低,导致夏季降水出现减少现象。未来人类活动带来的温室气体浓度增加将引起地表温度显著增温,使东亚夏季风增强而冬季风减弱。在同时考虑自然强迫和人类活动影响后,东亚夏季降水进一步增加,未来10 ka后东亚夏季降水将较工业革命前增加9.87%,而早全新世只增加了2.66%。同时,在自然和人类共同作用下10 ka后东亚冬季风将减弱,而在仅有自然强迫的早全新世东亚冬季风却是增强的。这一研究说明,虽然未来10 ka后是岁差强迫最强盛时期,但人类活动可能会扰乱岁差尺度上东亚区域气候的自然演变规律,在未来气候预估中必须综合考虑自然强迫和人为因子共同影响。
  • 郑州邙山黄土碳酸盐和白云石含量记录的80 ka以来季风降水变化及驱动机制
    邵可涵, 鹿化煜, 陈久毅, 顾心婕, 褚博文, 伍江, 弋双文
    2020, 40(06): 1622-1630.
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    揭示东亚季风气候精细变化过程和区域差异,是第四纪古气候学研究的重要内容。本文以季风影响显著的中原郑州黄土堆积上部31 m为研究对象,基于高密度光释光独立定年和619份样品的碳酸盐、白云石含量、磁化率测试,重建了约80 ka以来东亚季风降水/季风强度变化过程。黄土碳酸盐、白云石含量时间序列显示,末次间冰期末期以来,中原地区发生过数次季风降水增强事件,每次降水增强期持续时间短于岁差、偏心率等轨道周期,表明存在亚轨道时间尺度季风快速变化现象。中原黄土碳酸盐/白云石含量主要受土壤呼吸CO2的影响,土壤呼吸CO2含量由季风降水和土壤温度控制,因此,碳酸盐/白云石含量是东亚夏季风强度的良好替代指标。中原地区千年时间尺度的季风湿润和干旱事件与其他地区黄土、石笋记录具有同步性,证实在东亚季风降水核心区、中心区和边缘区千年时间尺度干湿变化的同步性,支持季风环流大空间同步增强的模式。这一季风降水型式与现代观测到的"南涝北旱"的"+-+"三极型季风降水分布不同,可能表明不同时间尺度季风降水型式有明显区别。进一步分析表明,季风降水增强/减少事件存在约22 ka和约1.6 ka的周期,表明低纬太阳辐射、大洋环流和高纬度冷事件对东亚季风的联合驱动作用。