西藏喜马拉雅冷杉年轮δ 13C与气候意义

对采自青藏高原东南部林芝地区的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后, 分析了喜马拉雅冷杉年轮 δ ¹³C序列与气候要素之间的关系. 去除大气CO₂浓度升高导致大气CO₂中δ ¹³C下降和生长趋势的影响后, 建立树轮δ ¹³C值的残差序列Δ¹³C. 利用附近林芝气象站的气象资料, 分析了树轮Δ^{13C序列对气候要素的响应. 结果表明: 冷杉δ 13C的高频振荡与该地区前一年的9～11月降水和相对湿度存在较好的相关性, 并存在强的滞后效应. 通过建立回归方程重建了该区域的秋季(9～11)月相对湿度序列, 解释方差达37.9%. 重建相对湿度序列表明1800年前相对湿度变化周期较短、变幅较小, 1800～2000年则相反.}     

喀纳斯湖植物残体碳同位素记录的温度波动

喀纳斯湖位于阿尔泰山脉南坡,区域森林植被茂盛,气候相对湿润.目前,阿尔泰山脉南坡的古温度记录主要来自于树轮宽度及短时间序列的树轮同位素,从结果来看,最近100多年来似乎没有表现出明显的增温趋势.在全球大部分地区(尤其是北半球中高纬度地区)普遍增温的情况下,是否这一区域因为某些特殊原因对全球气候变暖没有响应,抑或是该区域的树轮对长期趋势表现不明显?本文基于喀纳斯湖湖滨29 m水深处获得的81 cm岩芯,在陆生植物残体AMS ~(14)C定年的基础上,利用陆生C_3植物残体δ~(13)C序列经过大气CO_2浓度校正,探讨过去近600年区域温度对全球气候变化的响应.本文δ~(13)C序列很好地记录了阿尔泰山脉南坡对气候变暖的响应.19世纪前期以来温度在冷暖波动中持续上升;20世纪是近600年来最暖的一个世纪.这种温度变化特征与俄罗斯阿尔泰地区的冰芯、湖泊沉积物和树轮重建的温度记录以及周边地区的温度记录表现出比较一致的趋势,与北半球中高纬度地区多代用指标集成重建温度也表现出很好的一致性.此外,岩芯顶部的δ~(13)C序列表现出降温的趋势,这与近十几年来北半球许多地区出现的增温停滞现象以及喀纳斯湖邻近气象站的器测资料中表现明显的降温趋势相互印证.     

通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性探讨

为了探讨利用树木年轮碳同位素比及其模型重建历史大气CO2浓度的可靠性, 对南亚热带条件下生长的几个主要树种的一些相关生理指标进行了测定. 结果发现叶片光合速率A和气孔导度g的比值A/g和细胞间CO2浓度Ci随环境和树种特性有较大的变化, 与前人对幼苗控制实验所取得的关于这两个值不变的结论不同, 从而对以Ci恒定为前提通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性提出了怀疑. 根据目前对Ci等值变化机理的认识水平和大气CO2浓度变化幅度, 通过树木年轮δ13C的分析难以精确地重建区域性大气CO2浓度的变化.     

树轮宽度记录的松潘地区年平均气温变化

利用采自四川省松潘县境内3个样本点的冷杉树轮样本建立了树轮宽度标准年表(STD),并合并成了区域年表(RC).与气候要素进行相关分析发现,该地区树木径向生长主要受到温度的限制,树轮年表与多个月份的气温相关显著,其中,区域年表与前一年9月至当年8月(P9C8)平均气温的相关最高(r=0.576,P0.0001).在此基础上,利用区域年表重建了松潘地区1701年以来的年平均气温变化,重建方程稳定,其方差解释量达33.2%(R2adj=32%,N=59,F=28.33).重建结果显示,在过去310年间,该地区先后经历了8个偏暖阶段和7个偏冷阶段.通过时空相关分析,表明重建序列具有较好的时空代表性.此外,重建结果不仅通过了统计检验,还得到了海螺沟冰川末端变化、周边地区其他树轮资料重建的温度结果以及气象灾害历史记录的验证,证实了重建序列的可靠性.多窗谱分析结果显示该地区气温变化存在显著的2~3 a,26 a,准33 a和准40 a周期变化.     

工业革命以来大气CO_2浓度不断增加的树轮稳定碳同位素证据

树轮稳定碳同位素研究已被广泛用于探讨古气侯波动、大气圈过去CO_2水平,以及全球碳循环.我国对这一领域的研究几乎还是一个空白.本文对采自我国黄土高原上的两棵油松年轮进行了δ~(13)C分析,探讨了工业革命以来大气CO_2碳同位素组成的变化对树轮δ~(13)C的影响.     

用一年生植物研究大气△~(14)C分布与化石源CO_2排放

利用加速器质谱(AMS)技术,通过测量北京地区一年生植物放射性碳同位素(14C),系统分析了2009年5～9月北京地区大气△14C水平和化石源CO2浓度分布.研究结果表明,北京地区大气△14C最高值为29.6‰±2.2‰,最低值为-28.2‰±2.5‰,表现出远郊-近郊-市区依次递减趋势,这与由人类活动(人口密度、交通流量等)引起的化石源CO2排放增加呈相反的变化趋势,即人类活动频繁地区大气△14C值较低.2009年5～9月北京地区大气化石源CO2浓度变化范围为(3.9±1.0)～(25.4±1.0)ppm,每排放1ppm化石源CO2可使大气△14C水平下降～2.70‰.用AMS测量一年生植物14C这一方法,为快速示踪大气化石源CO2浓度提供了有效手段.     

利用兴安落叶松树轮最大晚材密度重建大兴安岭北部5～8月气温变化

对大兴安岭北部3个样点的兴安落叶松(Larix gmelinii)树轮样本进行树轮密度的分析,相关分析结果显示,树轮最大晚材密度年表与夏季气温变化有显著正相关关系,利用其中两个样点的树轮最大晚材密度对研究区1855年以来5～8月的平均最高气温变化进行了重建,重建值的解释方差量为39.5%.在大兴安岭北部过去的154年里,存在4个冷期:1874～1893,1927～1948,1951～1960和1992～2002年;以及4个暖期:1855～1873,1894～1916,1961～1991和2003～2008年.该地区20世纪末冬季气温的变暖现象比夏季更为明显.重建结果与研究区周边的气温序列均有较好的一致性,可以指示较大区域的气候特征.     

内蒙古呼伦贝尔地区伊敏河过去135年以来年径流总量的树轮重建

依据内蒙古呼伦贝尔地区湿度敏感的樟子松树轮宽度年表与区域平均最高温度、降水量和年径流总量的相关分析结果,重建了该区域公元1868～2002年伊敏河年径流总量.统计检验表明模型稳定可靠,其方差解释量达52.2%.在135年的径流重建序列中,极端干湿年份相当,分别占总年份的15.6%(21/135)和14.1%(19/135).连续2年以上的极端干旱时段出现在1950～1951,1986～1987,1905～1909,1926～1928,1968～1969,1919～1920年;湿润时段为1954～1959,1932～1934,1939～1940,1990～1991年.区域水文序列对比显示,伊敏河年径流总量与蒙古高原中、东部树轮径流或年表序列具有同步变化趋势.周期分析结果表明,呼伦贝尔及其邻近地区水文气候要素变化与大尺度的气候驱动(PDO,ENSO及北大西洋海表温度变化)和太阳活动有一定联系.     

贵州龙泉洞石笋在距今1600至250年间的古气候古环境重建

对贵州龙泉洞2号石笋进行了高分辨率的碳氧同位素分析和TIMS铀系测年,建立了从公元400-1750年间的δ18O和δ13C值的变化序列,重建了中国西南地区距今1 600年以来到距今250年之间的古气候和古环境演化.根据δ18O值,以1 600年为界,之前处于中世纪暖期,其后是小冰期事件.其间讨论了δ13C变化所指示的环境变化,并与其他研究成果进行对比分析.     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO2的介入会导致δ13CSC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C4植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低δ13CSC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L2的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40～30 kaBP的青藏高原"高温大降水事件"的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

桂林丫吉村表层带岩溶土壤系统中δ~(13)C值的变异

以桂林丫吉村岩溶试验场坡地岩溶土壤系统为对象,定位采集和测定分析了该系统中空气、植物体、土壤和水等系列样品的δ13C值.结果表明,岩溶土壤系统中δ13C值不仅存在土壤固相有机碳、土壤空气CO2和土壤水重碳酸盐等库间的广泛差异,而且有明显的深度变化和季节变化,7月的地面空气、土壤空气和土壤水的δ13C值比4月轻1‰～4‰（PDB）;系统中水、气相活跃迁移碳组分的δ13C值与土壤有机碳和土壤CO2有十分密切的关系.     

利用树轮宽度重建过去238 年来内蒙古喀喇沁年降水量

根据树轮气候学实验步骤, 经过精确交叉定年, 建立了内蒙古喀喇沁地区油松树木年轮宽度年表. 相关函数分析表明, 树轮宽度年表与上年8 月至当年7 月的降水总量显著相关,在此基础上设计转换方程, 重建了该地区1771~2008 AD 之间上年8 月至当年7 月的降水总量, 方差解释量达49.3% (调整自由度后为47.1%). 重建序列可与邻近赤峰-围场地区已有的树轮降水序列进行良好对比. 在1771~2008 AD 期间有8 个降水量较多的时期(高于多年平均值)和7 个降水量较少的时期(低于多年平均值), 分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期.功率谱分析检测出重建降水序列含有120, 80, 8 和2 a 左右的准周期.     

黄土高原现代植被花粉稳定同位素基本特征

中国黄土地层的稳定同位素特征与黄土高原气候环境特征的关系前人已做过一些工作,并取得了一些很好的成果.耿安松等指出黄土地层中碳酸盐的δ~(13)值越低显示生物活动越强气候越温湿,反之气候越冷干生物活动越弱则碳酸盐的δ~(13)C值越高,可以用做古气候代用指标.魏明建等做出了较详细的碳酸盐碳、氧同位素序列,其中δ~(13)C序列可与深海沉积同位素气候曲线对比,与磁化率、全氧化铁气候曲线的波动一致,表明是一种较好的气候指标.同时指出:由于其易迁移所以时间分辨率较低,且记录的气候变化超前于其他指标.谭桂声等研究了钙质结核碳、氧同位素组成,认为δ~(13)C主要指示古土壤发育时的环境降水量,δ~(18)O指示土壤发育时的环境温度,δ~(13)C-δ~(18)O直线指示控制古土壤形成环境的古夏季风风场.     

技术进步对中国CO_2减排的影响

通过引进、消化、吸收、检验和验证国外比较成熟的一个动态的气候变化综合评估模式(RICE),在对其技术进步参数进行敏感性分析的基础上,结合我国节能减排的约束目标,设定了我国2000～2050年的技术进步方案,并开展了该系列方案下的气候经济学评估.结果表明,改进技术进步,可以使我国的CO2排放量减少,气候损失值减少,大气CO2浓度和大气温度的增加幅度降低,保护全球的气候安全.与缓慢的技术进步情景相比,如果我国在2010年的CO2排放强度比2005年降低20%,2050年的CO2排放量将控制在2000年的2倍左右,2000～2050年的累计CO2排放量将减少12.4GtC;2050年的大气CO2浓度和大气温度将分别下降35GtC和0.04℃;2000～2050年的累计气候损失值将减少46亿美元,所获得的收益仅占全球总收益的6%,而给发达国家带来的收益却是我国的10倍;合作政策和非合作政策下的CO2排放控制率分别降低了4.6%和1%,减轻了我国对CO2排放总量的控制力度,有利于我国参与国际合作减排.     

树轮所记录的公元1842年以来内蒙古东部浑善达克沙地PDSI的变化

利用浑善达克沙地东部新建立的4条油松和白扦年轮宽度序列, 重建了过去163 a来干旱变化的历史. 结果表明, 该区树轮序列具有明显的年际变化和较强的公共信号, 且树轮序列之间的变化比较一致, 是很好的区域气候代用资料. 通过对4个树轮宽度标准年表的平均而建立了一个区域年表 (RC), 并用其进行分析与气候重建. 树木的生长主要受2~3与6~7月份的低降雨量和5~7月份高温的限制. 由于PDSI考虑了前期干旱的积累效应, 因此RC与生长季及生长季之前的PDSI之间均存在显著的正相关关系; 响应函数的分析揭示, RC仅与6, 7月份(5月份也接近95%的置信水平)的PDSI之间存在显著的关系. 5~7月份是浑善达克沙地树木生长的关键时期, 因此我们采用RC重建了过去163 a来5~7月份平均PDSI的变化, 重建方程的方差解释量高达52%, 且方程稳定. 重建的5~7月份的平均PDSI序列与周边城市的平均旱涝指数的变化趋势比较一致, 并捕捉到了20世纪60年代中期以来东亚夏季风的明显减弱过程. 值得提出的是, 近40 a是过去163 a来浑善达克沙地比较干旱的时期. 与华北夏季降雨变化周期相同的是重建的5~7月份的平均PDSI序列也具有20 a的显著变化周期.     

山西黄土中主要温室气体组分特征

对晋北偏关至晋南稷山5个黄土剖面的大范围空间调查发现，黄土－古土壤序列中主要是温室气体CO2，CH4和N2O的学普遍高于它们的大气浓度，甚至可高达几倍或数十倍，黄土中CO2浓度在同一剖面的不同层位中没有规律性的变化，但空间上从北至南有逐渐升高的趋势，马兰黄土中CH4浓度不高，但该层之下的CH4浓度远高于大气中的水平，黄土中CO2和δ13C值范围大多在－11．14‰-15.48‰，（PDB）之间，CO2的碳同位素组成分析表明，黄土中CO2主要来源于稳定型有机质的微生物氧化分解，因与黄土中碳酸盐物质发生同位素交换，故其碳同位素组成偏重，由于黄土富含碳酸盐，因此它不仅是一个巨大的碳库而且其所含的碳酸盐在次生碳酸盐化作用中对大气CO2具有调节作用。     

青海杂多大果圆柏年轮指示的公元1360~2005年5~6月最高气温变化

根据采自青海南部高原杂多地区的树木年轮样本, 建立了该地公元1360~2005年标准树轮宽度年表. 通过相关函数、响应函数和偏相关分析发现, 该年表对杂多气象站点5~6月的平均最高气温响应敏感, 呈显著负相关关系. 因此利用该年表重建了杂多地区1360年以来春末夏初的平均最高气温序列, 并应用交叉检验方法对1961~2005年重建的校准方程进行了检验. 该重建校准方程的方差解释量达59.8%. 由于高温会使树木蒸腾作用加强, 从而造成水分胁迫, 所以在重建序列中, 高温的可靠性和准确性比低温的要高. 通过对重建序列的进一步分析得出, 1360年以来在年代际的时间尺度上, 气温显著偏高且持续时间较长的时段有6个, 即1438~1455, 1572~1612, 1684~1700, 1730~1754, 1812~1829和1853~1886年; 气温显著偏低且持续时间较长的时期有5个, 即1547~1571, 1701~1729, 1755~1777, 1830~1852和1887~1910年. 通过与邻近地区反映平均最高气温的标准树轮宽度年表以及与利用树轮重建的平均最高气温的序列的对比, 发现一些年代际尺度的变化在区域上比较一致.     

树轮最大密度记录的贡嘎山区公元1837 年以来的温度变化

利用采自青藏高原东部贡嘎山东坡两个海拔高度的冷杉树轮样本建立了树轮最大晚材密度(MXD)年表, 并合成了区域年表(RC). 经MXD 年表与气候要素的相关分析发现, 各MXD 年表均与8~9 月份温度显著相关. 其中, 区域年表(RC)与8~9 月平均温(1960~2007 年)的相关最高(r=0.733, P<0.001). 在此基础上, 利用区域年表(RC)重建了贡嘎山区过去171 年来的8~9 月温度变化, 重建方程稳定, 重建方程的方差解释量高达53.5%(R² _adj=52.4%, N=48, F=52.8). 重建结果显示, 在过去的171 年中贡嘎山区8~9 月平均温的异常高温年份为22 年, 异常低温年份为23 年, 且存在4 个明显的低温时段(1837~1842, 1884~1891, 1899~1905, 1984~1989 年)和3 个明显的高温时段(1966~1973, 1916~1924, 1876~1881 年). 重建结果除通过统计检验外, 还得到了气象灾害历史记录和研究区周围其他树轮资料重建的温度结果的验证, 证实了重建结果的可靠性.     

冲绳海槽末次冰消期浮游有孔虫δ 13C的宽幅低值事件

赤道太平洋上升流区是影响全球冰期-间冰期CO2循环的重要区域.为验证末次冰消期热带低纬度太平洋表层水的δ13C宽幅低值事件的影响范围,对取自冲绳海槽中部的DGKS9603孔浮游有孔虫N.dutertrei和 G。ruberδ13C记录进行了分析.该孔浮游有孔虫δ13C记录表明在20～6 kaBP（cal）期间出现明显的变轻事件,年代跨度较大,约为14 ka,最大变幅为0.4 × 10-3,最轻值出现在15.7kaBP（cal）左右,与识别于热带太平洋及其边缘海的表层水δ13C低值事件具有非常好的可比性.由于浮游有孔虫特征属种分布特征和δ18O记录没有上升流作用及河流注入加强的证据,因此该孔所记录的浮游有孔虫δ13C的宽幅低值事件很可能是受到热带太平洋末次冰消期表层水的影响所致.该事件在冲绳海槽的识别为热带太平洋低纬度海区的水体演化在影响大区域乃至全球碳循环变化过程中所发挥的重要作用提供了新的证据.     

30 ka来南沙海区表层水的Pco2记录

通过对南海南部17962柱状样的高分辨分子地层学研究，获取了其沉积有机质的组成（百分含量）、沉积有机质的稳定碳同位素分布（δ^13Cong）、黑碳的稳定碳同位素组成以及觉 淀有机质中反映陆源输入的正构烷烃单体碳同位素组成等信息，计算了柱状样觉积有机质中来源于水生碳的碳同位素大小（δ^13C水柱）。在前人建立的δ^13Cong-Pco2计算模型的基础上，以δ^13C水生代替δ^13Cong，较为准确地计算了末次冰期以来南沙海区表层水的Pco2。结果表明，南海表层水的Pco2在末次冰期平均为240μL/L，在全新世平均为为320μL/L，对比冰芯记录，全新世支海南部表层水可向大气释放CO2。