青藏高原冰芯高分辨率气候环境记录研究进展

青藏高原冰川高分辨率连续记录了过去气候环境变化信息.通过多种代用指标的分析可以重建气候变化历史.稳定同位素是冰芯记录的重要指标之一,通过青藏高原现代降水同位素过程的研究明确了大气降水中稳定同位素与气温的关系,奠定了青藏高原冰芯古气候学研究的理论基础.通过青藏高原不同地区冰芯稳定同位素记录研究,恢复了末次间冰期以来不同时间尺度的气候演化历史,冰川积累量变化揭示了过去降水量的变化过程;青藏高原冰芯中也保存了一系列的近代人类活动记录.此外,从青藏高原冰芯记录中提取了冰芯微生物种群及数量变化的信息,有助于进一步解释过去气候环境变化,获得了冰芯中古气候环境变化研究的新指标.     

藏南地区降水量变化对陆源正构烷烃单体氢稳定同位素影响初探

在藏南羊卓雍错流域的沉错和宁金岗桑冰川分别钻取了浅湖芯和冰芯,对过去80年来湖芯中记录的陆源正构烷烃单体氢稳定同位素(δDwax)与冰芯氢稳定同位素(δDice)进行比较,发现二者具有较好的相关性(R2=0.41,P=0.047),显示了陆生植物叶蜡正构烷烃单体氢稳定同位素对大气降水氢稳定同位素的继承效应.但δDwax与δDice之间的分馏(εwax-ice)与冰芯积累量(降水量)呈现反相关关系(R2=0.65,P=0.0051),说明气候的干湿变化对δDwax有显著的影响.因此降水稳定同位素和降水量是影响δDwax的两个重要因素.     

南极冰盖表层雪内稳定同位素分布特征

稳定同位素作为一种气候指标为南极冰芯的古气候恢复提供了有力的研究手段.Lorius和Merlivat根据东南极洲Dumont d’Urville Station至Dome C的资料建立的稳定同位素与温度的关系模型在冰芯研究中得到了广泛应用.南极冰盖极为广大,在一个地点或一个剖面所建立的模型是否适合于其它地区.要回答这一问题,需要采集整个南极冰盖大范围的雪冰样品并进行研究.“1990年国际横穿南极考察队”为解决这一问题提供了极好的机会.     

末次间冰期以来古里雅冰芯微粒记录与极地冰芯的对比

通过古里雅冰芯中δ18O与微粒含量的研究, 恢复了末次间冰期以来青藏高原大气粉尘和环境变化的历史. 记录显示, 青藏高原在末次间冰期时处于低粉尘值, 105 ka时高原上的粉尘浓度开始升高. 约75 ka左右进入冰期后, 微粒浓度大幅度剧增, 并在末次冰期早期(MIS 4阶段)达到了最高水平. 在末次冰盛期, 古里雅冰芯中微粒含量的增加并不显著, 与南极和格陵兰不同. 在轨道时间尺度上, 温度和北半球高纬夏季太阳辐射与微粒记录都有良好的相关性, 但也存在幅度和相位上的差异. 青藏高原及其外围山地的冰芯记录反映的是中亚粉尘源区以及粉尘传输起始阶段的变化, 而格陵兰冰芯记录反映的是粉尘最终的沉积状况, 二者的意义是不同的.     

青藏高原马兰冰芯记录的近百年来气温变化

可可西里马兰冰芯中δ ¹⁸O记录表明, 该地区近百年来的气温变化与全球气温变化具有相一致的上升趋势, 估计自19世纪末以来该地区夏半年(5~10月份)气温的上升幅度约为1.2℃左右. 然而, 自20世纪70年代末期以来尽管全球明显升温, 该冰芯记录却表现出相对降温趋势, 认为该冰芯记录所反映的可可西里及青藏高原北部边缘地区的气温变化与北大西洋涛动存在遥相关关系. 同时, 还发现马兰冰芯记录的气温变化趋势与青藏高原南部地区的气温变化趋势在百年级时间尺度上是一致的, 而在多年代际时间尺度上存在反相关关系.     

青藏高原大气水汽稳定同位素三维观测体系

青藏高原是南北极之外冰雪储量最大的地区,也是亚洲10条大江大河的发源地,其水循环变化会影响全球近五分之一人口的生存和发展.水汽传输是青藏高原水循环的关键过程.大气水汽稳定同位素是研究水汽传输过程和机制的新指标.本文回顾了大气水汽稳定同位素垂直剖面观测研究的发展历程和青藏高原大气水汽稳定同位素研究现状,重点介绍了自第二次青藏高原综合科学考察研究启动以来,本研究团队建成的全球最大的同类地表水汽稳定同位素观测网,及结合浮空艇技术,开展的国际前沿大气水汽稳定同位素三维传输过程观测研究新进展.今后,我们将通过多学科交叉,继续拓展高精度三维(地-空)水汽稳定同位素多尺度连续观测,并结合地球系统模型,从而全面、准确地认知全球变暖背景下的青藏高原水汽传输过程和水循环变化机制,以服务于青藏高原和周边地区的水安全战略和水资源管理.     

7000m处冰芯的初步研究

冰川是自然界在特殊环境下的特殊创造物,也是过去环境变化最可靠、最保真的天然档案馆.因此,从冰川中揭示过去环境变化的冰芯研究成为环境研究的前沿热点领域.科学家已通过南、北极冰芯研究,阐明了过去40万年(南极)和30万年(格陵兰)以来气候环境变化特征.但科学家们在试图通过南、北极冰芯解释全球气候环境变化机制时,遇到了挑战.这就是没有中纬度地区的冰芯研究作桥粱,两极地区的冰芯研究就不能很好地在全球尺度上联系起来,也就难以最终解决全球气候环境变化的机制问题.青藏高原是中纬度冰芯研究最理想的地区.青藏高原的冰芯研究可以在全球…     

青藏高原冰芯有多老?

冰芯定年是冰芯研究的第一步,也是冰芯研究结果的根本立足点.1992年西昆仑山地区钻取的古里雅冰芯据称超过500ka,而其他青藏高原冰芯(包括距古里雅冰芯钻取点～30km的崇测冰芯)年代囿于全新世范围.通过对比崇测冰芯与古里雅冰芯的稳定同位素剖面,表明二者具有显著的一致性,因此二者的年龄范围应该类似,即古里雅冰芯初始定年结果可能比实际值高估了～2个量级.若上述青藏高原冰芯年代框架得以最终证实,则需要重新审视青藏高原冰芯的以往重建结果、以及青藏高原冰川作用异时性等诸多科学问题.     

大别山-苏北榴辉岩带氧同位素特征及其地质意义

从80年代中后期开始,涉及同位素的资料多限于对榴辉岩形成年代的测定,谢窦克仅报道了安徽境内岳西地区榴辉岩中矿物的氧同位素组成,而研究整个榴辉岩带同位素地球化学特征的报道至今都还没有出现过.本文将根据13个样品的氧同位素分析数据简要报道大别山-苏北榴辉岩带的氧同位素组成和温度特征,并初步讨论全岩δ~(18)O值变化的原因及其在大地构造学上的某些意义.     

喜马拉雅山南坡降水与河水中δ18O高程效应

水体中稳定同位素的垂直递减率不仅是反映稳定同位素水文循环过程的指标,也是重建青藏高原古海拔高度的重要变量.喜马拉雅山南坡垂直落差大,是直接监测研究降水与河水同位素垂直递减率的理想地区.本研究根据喜马拉雅山南坡沿垂直梯度从1320m到6700m的降水、雪冰以及河水的δ18O变化,计算了该地区降水及河水δ18O的垂直递减率.结果表明,喜马拉雅山南坡多年平均降水中δ18O的垂直递减率为0.15‰/100m,3个站点计算的δ18O在年尺度上的垂直递减率为0.17‰/100m.两个结果十分接近,但都远低于全球0.28‰/100m.而且还发现非季风期降水的垂直递减率高于季风期,而河水中δ18O的垂直递减率普遍高于降水.     

青藏高原唐古拉山地区降雪中δ~(18)O特征及其与水汽来源的关系

本文以1989年中日青藏高原冰川考察研究期间所得到的资料为基础,讨论该地区降雪中氧同位素(δ_(18)O)的特征及其与水汽来源的关系。     

南极冰芯定年综述

定年研究是冰芯研究的基石.为此,本文综述了南极冰盖冰芯定年研究的最新研究进展.南极冰芯定年的主要方法有:利用季节性参数(δ18O、主要离子和微粒等)的季节变化特征,参考层位(如放射性物质参考层和火山事件参考层)、放射性同位素、理论模型、冰孔内古温度记录和同其他记录比较等.各种定年方法适用的时间尺度不同,精度也不一样.在实际应用中,应利用各种方法对冰芯进行综合交叉定年,才能得到较为精确的时间序列.     

近550年来青藏高原中部植被演化与气候变化研究

利用普若岗日冰芯中的花粉和氧同位素记录, 高分辨率恢复了青藏高原中部过去500多年来的植被演变和气候变化历史. 通过分析冰芯中花粉记录与现代气象观测数据的相关关系, 指出草原和草甸成分的植物花粉的百分比之和可作为夏季温度变化的良好代用指标, 而花粉中莎草科/(禾本科+蒿属)[Cy/(G+A)]和草甸植物花粉/草原植物花粉(M/S)比值可作为湿度变化的代用指标. 在此基础上结合冰芯δ¹⁸O值及冰川积累量, 探讨了过去500多年来研究区植被对气候变化的响应过程. 指出1450~1640 AD主要发育荒漠植被, 气候表现为寒冷特征. 1640~1915 AD总体上以暖干气候为主, 荒漠面积减小, 草原植被范围扩张. 1915~1980 AD气候稍变冷变湿, 草原植被范围缩小, 而荒漠植被扩大. 1980~2002 AD气候暖干, 荒漠植被范围急剧减小, 主要发育草甸草原植被. 提供了藏北地区第一个长达500多年的高分辨率的冰芯花粉记录.     

南极冰盖雪冰氢、氧稳定同位素气候学：现状与展望

南极雪冰稳定同位素作为良好的气候代用指标为过去全球变化研究做出了巨大贡献. 本文系统总结了南极冰盖雪冰δD、δ¹⁸O、过量氘和过量¹⁷O空间分布规律及影响因素, 着重阐述了雪冰稳定同位素代用指标重建过去气候变化的可靠性与适用性. 在此基础上, 综述了南极深冰芯稳定同位素气候记录研究取得的最新进展, 并结合现有南极雪冰同位素研究中存在的问题对下一步的研究进行了展望.     

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.     

青藏高原水体中稳定同位素研究

从1961年开始, 国际原子能组织(IAEA)和国际气象组织(WMO)联合启动了全球范围内的降水中稳定同位素监测(GNIP)计划, 最多时有500多个站点加入. 该计划的最初目标是通过降水中稳定同位素监测解释全球水循环过程中的地球化学特征, 为水资源管理提供基础数据. 但在计划的实施过程中, 却发现了全球中高纬度地区降水中稳定同位素变化与气温之间的关系. 这一发现被应用于古气候研究, 并成功恢复了极地冰芯中稳定同位素所记录的气候变化. 同时, 水体中的稳定同位素也被作为一种天然示踪剂, 广泛运用于水循环过程研究并验证GCM模型的可行性.     

末次间冰期以来北大西洋深层海温与青藏高原气温的千年尺度位相关系及其演变简

采用代用资料研究了北大西洋深层海温和青藏高原气温自末次间冰期以来在千年尺度上的位相关系及其变化. 通过对比分析和小波交叉谱分析表明,自末次间冰期以来二者同位相和反位相关系交替出现,同位相的持续时间相对较短,而反位相的持续时间较长,并且二者同位相和反位相关系的转换在间冰期比在冰期频繁,北大西洋深层海温与青藏高原气温的位相关系大体被北大西洋气温(格陵兰冰芯氧同位素)与青藏高原气温所验证. 此外,北大西洋海表温度可能是北大西洋深层海温在千年尺度上影响青藏高原气温的一个重要因子.     

马兰冰芯细菌菌群结构变化与气候环境的关系

为了解冰芯细菌菌群结构与过去气候环境变化的关系, 我们利用直接PCR和DNA分子克隆技术从代表不同温度变化时期的3个马兰冰芯样品中, 克隆并构建了3个含有马兰冰芯细菌的16S rDNA基因的文库, 从中筛选出94个阳性克隆, 获得了11个克隆序列, 并与已报道的另8个DNA序列一起构建出它们的系统发育树. 结果表明, 马兰冰芯细菌菌群具有一定限度的基因多样性, 包括α, β, γ-Proteobacteria; CFB, 和其他细菌组等5个大的类群. 其中相当大一部分属于嗜冷细菌和新的细菌属, 可能代表了在马兰冰川极端环境中生存的细菌. 对这一部分细菌菌群在冰芯剖面上的数量分析结果表明, “典型的马兰冰川细菌”菌群数量与氧同位素记录的温度变化呈现负相关的对应关系, 与冰层中的污化层具有密切的关系. 说明, 大气温度变化对冰芯中微生物记录的作用主要是通过影响“典型的马兰冰川细菌”(嗜冷菌和耐冷菌)菌群数量的消长而起作用的. 同时, 冰川中的营养物质也是影响冰芯微生物记录的一个重要的限制因素. 此外, 马兰冰芯细菌优势类群的垂直分布表现出明显的层状分布特征, 反映了微生物对冰芯深度所代表的不同时期的气候环境变化的响应.     

末次间冰期以来北大西洋深层海温与青藏高原气温的千年尺度位相关系及其演变

采用代用资料研究了北大西洋深层海温和青藏高原气温自末次间冰期以来在千年尺度上的位相关系及其变化.通过对比分析和小波交叉谱分析表明,自末次间冰期以来二者同位相和反位相关系交替出现,同位相的持续时间相对较短,而反位相的持续时间较长,并且二者同位相和反位相关系的转换在间冰期比在冰期频繁,北大西洋深层海温与青藏高原气温的位相关系大体被北大西洋气温(格陵兰冰芯氧同位素)与青藏高原气温所验证.此外,北大西洋海表温度可能是北大西洋深层海温在千年尺度上影响青藏高原气温的一个重要因子.     

近50 a来青藏高原东部高海拔洞穴现代石笋氧同位素组成及其含义

基于²¹⁰Pb和²³⁰Th两种定年方法, 并结合黄龙洞石笋d ¹⁸O测试数据建立了青藏高原东部近半个世纪以来平均分辨率达到年际的亚洲季风变化序列. 通过对黄龙洞石笋氧同位素体系的研究, 表明现代洞穴滴水与洞穴周围大气降水的氧同位素具有一致性, 石笋方解石与洞穴滴水是在同位素平衡分馏状态下沉积的. 与器测数据对比分析发现, 黄龙洞石笋δ¹⁸O的轻重变化主要受西南季风(印度季风)带来的降水量效应所控制, 受温度的影响比较弱. 石笋δ ¹⁸O在短时间尺度上的轻重变化主要反映了季风降水δ ¹⁸O的信息, 指示了西南季风的年际变化. 最近50 a来, 四川黄龙洞石笋的氧同位素组成具有逐渐变重的趋势, 即逐渐变得相对富集¹⁸O, 与亚洲季风区其他石笋δ ¹⁸O具有相同的变化趋势, 而且也与东亚、南亚季风指数所指示的季风减弱趋势相一致, 与全球季风指数密切相关. 这种亚洲季风的减弱趋势主要受太阳辐射变化的影响, 并紧密地匹配于高空平流层的温度变化.