石笋Mg/Ca比值记录的三峡库区小冰期气候变化

利用采自三峡库区水鸣洞石笋（NSM03）的测年数据、微量元素Mg/Ca比值为气候环境指标,并结合石笋δ18O记录分析三峡库区小冰期时期的气候变化。研究结果显示Mg/Ca值,在AD1280开始迅速减小,并持续至AD1300,石笋δ18O记录也显示在AD1280-1300期间明显快速偏重,表明季风迅速减弱,降水持续减少,库区进入小冰期。石笋微量元素比值记录表明,在小冰期时期内部存在明显的降水波动情况,尤其是在AD1400-1650期间,微量元素比值出现大幅度的震荡,表明季风降水在这一时期处于频繁波动期。     

东亚季风区最近1000 a石笋δ~(18)O空间变化特征及气候意义研究

利用重庆市丰都水鸣洞石笋NSM03精确定年数据和δ~(18)O数据建立的高分辨率石笋记录,结合其他已经发表的亚洲季风区石笋氧同位素记录,探讨洞穴石笋δ~(18)O值过去1 000 a的空间变化特征以及指示的气候环境意义.结果显示:亚洲季风区石笋δ~(18)O值过去1 000 a在空间上呈现出与大气降水δ~(18)O值相似的纬度效应和海陆效应,石笋δ~(18)O值沿水汽输送路径不断衰减,逐渐变轻,表明印度洋是中国季风降水的主要水汽源区;水鸣洞NSM03石笋记录与南亚季风区瓦什卡洞的WBS石笋记录以及中国藏南波密-林芝地区的树轮记录存在明显的相关关系,也进一步地表明中国东部季风区的水汽主要来自印度洋;亚洲季风区石笋δ~(18)O记录在过去1 000 a的变化趋势基本一致,但是中国东部季风区降水变化存在很大的空间差异,这表明季风区石笋δ~(18)O记录不一定都能指示当地降水量的变化;因此,中国季风区石笋δ~(18)O记录主要指示是东亚季风环流的信息,当东亚季风环流强的时候,季风区石笋氧同倍数偏轻;反之亦然.     

新仙女木事件内部百年尺度弱季风事件的龙腑宫洞石笋记录

基于湖北省神农架龙腑宫洞一支石笋(LFG21)7个U/Th年龄和461组氧、碳同位素数据,建立了末次冰消期12.42~10.53 ka B.P.平均分辨率达3 a的亚洲夏季风强度演化序列.LFG21石笋δ~(18)O详细记录了新仙女木事件(YD)期间的季风突变细节,揭示了YD事件内部的不稳定性.在YD事件结构特征和转型模式上,石笋记录与格陵兰冰芯δ~(18)O记录具有良好的一致性,支持北高纬驱动机制以及高低纬之间的气候联系.其中,在~11.71 ka B.P.氧、碳同位素明显正偏,δ~(18)O从-8.6‰快速正偏至-7.9‰,δ~(13)C从-7.4‰快速正偏至-6.0‰,指示YD内部存在百年尺度的弱季风事件,持续时间为~200 a.这些特征与南京葫芦洞石笋δ~(18)O记录H1事件的内部结构和转型特征十分相似,暗示两者很可能受到同一驱动机制的影响.通过高、低纬地质资料的对比研究和波谱分析,本文认为YD内部百年尺度季风突变事件可能与热带大洋水汽输送变化导致的亚洲季风区水文循环异常以及太阳活动密切相关.     

盛冰期南京石笋δ18O与年纹层厚度的对比

根据南京葫芦洞一支石笋高精度^230Th年龄及纹层计数，建立年际精度时标．在21800～21180aBP时段内，石笋纹层厚度与δ^18O的良好相关性，支持纹层厚度反映夏季风降水效应的观点．两种代用指标提供了末次盛冰期持续620年的十年际分辨率季风降水信息．年纹层及δ^18O序列的功率谱分析结果表明全球冰量最大背景下十年-百年尺度的季风气候变化与太阳活动周期基本一致．     

中世纪暖期和现代暖期中国季风降水时空模式及其机制

IPCC第五次评估报告认为中世纪暖期(950—1250 A.D.)和现代暖期(20世纪增温)存在具有高可信度.气象观测结果显示20世纪中期以来的显著增温时期,中国降水变化呈现典型的"南涝北旱"两极模式.然而,这一模式与中世纪暖期代用指标重建降水所揭示的"南干北湿"模式存在显著差异,且这一差异的动力学机制亦不明确.继承大气降水氧同位素(δ~(18)O)的中国石笋δ~(18)O记录是描述水循环演变历史信息的理想天然示踪剂.本文将北京石花洞(中国北方)和贵州董哥洞(中国南方)石笋δ~(18)O记录进行对比,基于δ~(18)O-降水-大气环流信号之间的机理联系,解析中世纪和现代暖期大气降水时空模式及其机制.结果显示中世纪暖期石花洞石笋δ~(18)O值显著负偏,指示亚洲夏季风增强,雨带北移,印度洋远源水汽输送增加,而南方洞穴石笋δ~(18)O值相对正偏,指示降水减少或者蒸发加强,局地环流降水增加.在中世纪暖期,洞穴记录对比结果呈现与其他指标重建结果一致的"南干北湿"模式. 20世纪增温时期,石花洞与董哥洞石笋记录均显示δ~(18)O值正偏过程,指示夏季风减弱,雨带南移,北方降水减少;南方降水则由近源水汽输送所控制.研究结果暗示中世纪暖期亚洲夏季风增强可能是气候自然变率的结果,而现代暖期季风减弱则可能与人类活动影响下的海温异常有关.     

石笋碳同位素在古环境研究中的应用

在同位素平衡条件下洞穴上覆不同植被类型对石笋碳同位素组成影响最大,可以用石笋δ~(13)C记录重建C4/C3植被变化。C4较C3植被在暖干气候条件下更具生长优势,而一些研究中石笋δ~(13)C值偏正记录的C4/C3植被高比值与冷干气候条件相对应,似乎有待商榷。石笋δ~(13)C记录会滞后于δ18O记录,并且这种滞后有可能在记录冷事件方面表现更明显。非平衡分馏条件下的非生物因素会和生物因素叠加在一起影响石笋碳同位素组成变化,故在用石笋δ~(13)C记录解释气候变化之前,一定要先准确地识别出非生物因素。未来石笋碳在古环境中的应用还需借助模型定量化评估影响石笋碳同位素组成因素为突破点。     

福建玉华洞降水、滴水和新生碳酸盐δ~(18)O传递及环境意义

为探究福建玉华洞石笋δ18O的气候环境指示意义,于2011年7月~2013年12月,在将乐县天阶山逐月采集大气降水以及玉华洞3个滴水点和相对应的3个新生碳酸盐沉积物的样品,并进行氢氧同位素测试,分析δ18O在大气降水—洞内滴水—新生沉积物的传递过程及其变化规律.结果表明:3个滴水点的δD和δ18O均分布在当地大气降水线(δD=8.87δ18O+17.59(R2=0.97))附近,表明滴水的δD和δ18O体现了当地大气降水δD和δ18O的平均水平;沉积物δ18O的变化范围小于相对应的滴水δ18O变化范围,更小于洞外大气降水,但3者都呈现出夏秋季偏轻、冬春季偏重的季节性变化趋势;与逐月大气降水量对比发现,沉积物δ18O受月"降雨量效应"影响较少,沉积物δ18O主要受冬夏季降水水汽源地季节性差异的影响.总体而言,玉华洞沉积物δ18O值存在较明显的季节特征,其波动较好的继承了当地大气降水信息,玉华洞石笋δ18O可以用来重建季节性高分辨率的古气候记录.     

重庆地区末次冰期H6事件起始时间探讨

本文利用重庆地区羊子洞Y02石笋的U/Th年龄数据和δ13C值建立了末次冰期60~65 ka BP时段的石笋碳同位素变化序列。Y02石笋的δ13C记录显示末次冰期的H6事件起始时间约为63 ka BP左右,不同于前人研究的60 ka BP。通过翻阅相关研究发现:末次冰期H6事件的起始时间尚存争议,早期的研究者将H6事件起始时间定于65~66 ka BP,随后的研究者又将其定于60 ka BP。通过将羊子洞Y02石笋δ13C值进行功率谱分析发现:Y02石笋δ13C记录主要存在228a,102a,77a和60a周期,表明末次冰期重庆地区的气候变化主要受控于太阳活动的影响。     

洞穴石笋氧同位素古气候重建应用

近年来,应用洞穴次生碳酸盐稳定氧、碳同位素进行古气候研究得到了迅速的发展,尤其是利用石笋中1δ8O与δ13C重建不同地区不同时间尺度下的古气候环境,为全球气候的变化提供了许多新的有意义的认识.然而,当前在利用石笋氧同位素进行古气候重建,特别是对1δ8O的解译过程中仍存在诸多不确定性,尤其是δ18O与温度、降水的联系不统一问题.该文从洞穴石笋δ18O与温度、降水的相关关系以及不同时间尺度下所指示的气候意义等角度对当前洞穴石笋气候学中氧同位素的应用进行了总结分析.     

轮古西地区奥陶系碳酸盐岩古岩溶储层碳、氧同位素地球化学特征

中—下奥陶统鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层是塔里木盆地轮古西地区的主要油气产层 .为了弄清储层的成因类型、储层古岩溶过程中的流体性质和古水文条件 ,为预测和评价此类储层提供有关的地球化学信息 ,讨论了储层形成过程中记录的碳、氧稳定同位素特征 .结果表明 :轮古西地区奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层中的δ13C和δ18O值的变化范围较大 ,δ13C值为 -0 .70‰～ -6.5 0‰ ,平均值 -1 .76‰ ;δ18O值为 -3 .75‰～ -1 7.1 0‰ ,平均值 -9.42‰ .碳酸盐岩基质、冲积岩和方解石胶结物的δ13C和δ18O分布具有一定的差异 .三类样品的δ18O值均具有明显偏负特征 ,表明在碳酸盐岩成岩过程中受到大气成因的淡水影响 ,反映了当时的风化壳岩溶成岩环境 .冲积岩样品的δ13C值的偏负程度较高 ,其物源可能来自石炭—二叠系地层     

贵州双河洞海洋同位素阶段11期石笋碳氧同位素记录及古环境意义

采用铀系定年法对双河洞石笋SW01进行年代测定及碳、氧同位素分析,以探讨石笋形成时的古环境信息。结果表明,石笋顶部沉积年代在海洋同位素阶段11期,山王洞形成年代在远早于海洋同位素阶段11期(MIS11)阶段。石笋δ~(18)O值为-8.85‰～-8.39‰,变化趋势与三宝洞同时期石笋SB-14相一致,但值略重。δ~(13)C阈值为-3.89‰～-2.55‰,意味着地表植被以C4植物为主,气候较干旱。结合MIS11阶段的气候特点,推断山王洞区域在MIS11阶段后期气候温暖且相对干燥,降雨量逐渐减少,大气降水量存在旋回性。     

洞穴石笋的δ13C记录研究

分别采集贵州荔波董哥洞、荔浦丰鱼岩、桂林响水洞的石笋,研究三个洞穴分辨率达1000年、100年、10年级的石笋1δ3C记录。结果表明,石笋1δ3C值可以系统地记录地表岩溶作用过程与植被生态变化的历史。在冰期或干旱寒冷期,岩溶不发育,成壤条件差而缓慢,不利于植被生长,1δ3C值偏重,以C4植物(禾本科植物)为主。在温暖湿润期,岩溶发育好,成壤条件好而且速度快,利于植被生长,1δ3C值偏负或偏轻,以C3(木本植物)植物为主。晚全新世以来,人类活动持续不断地破坏森林植被,草类植被得以生长,石笋的1δ3C值急速上升、偏重,以C4植物为主,石漠化增强,水土流失严重。此后,升高的1δ3C值很难再回复到中全新世以前的水平。自然因素和人类活动因素等对生态环境的影响,均会导致植被变化,成倍放大1δ3C值,特别是人类活动对自然生态的影响更为严重。     

极端天气事件下广州市大气降水δ18O的变化特征研究

根据广州市2004年5月—2005年6月和2007年4月—2008年6月大气降水中δ18O含量及气象数据,分析了广州市大气降水δ18O对极端天气事件的反映.结果表明:研究期间广州市的大气降水δ18O都落在世界降水δ18O的变化范围之内,夏季低冬季高;2004年由于夏季风爆发偏晚且活动位置偏南等因素致使广州降水δ18O与气温正相关;2005年夏季风爆发晚,高纬冷空气偏强,前汛期华南成强降水中心,广州5、6月降水中δ18O偏低;2008年1月华南地区严重的冰灾期间大气降水δ18O波动剧烈,"负温度"效应和降水量效应更加明显;热带气旋使广州市降水δ18O普遍偏低.     

全新世大暖期气候环境特征及其机制的再认识

综合论述了全新世大暖期环境的主要特征：降水量增加,气温上升,植被带北移西迁;肯定了大暖期中存在的低温干旱事件,大暖期也不是持续稳定的温暖湿润期．根据太阳“C丰度与中国西部祁连山敦德冰芯δ^18O、德国南部Ammersee深海平原δ^18O的对比,显示全新世气候的变化可能同太阳活动有密切关系;用REDFIT35对大气剩余^14C与EIK湖泊沉积记录作频率对比分析显示,试图证明在9～3ka B．P．期间气候变化存在千年尺度周期波动的可能性．     

中全新世（5400aBP）亚洲季风气候季节性与年际变率的南海珊瑚氧同位素记录

对现代珊瑚的氧同位素组成的季节与年际变化研究业已表明,海南岛东岸现代珊瑚氧同位素组成在冬季主要受表层海温控制,而在夏季则主要受夏季风降水决定的表层海水盐度影响.基于这一联系,本研究在高精度铀系测年基础上对中全新世滨珊瑚40a的同位素分析结果表明,5400a前的全新世中期滨珊瑚的δ18O值相对于现代升高了0.613‰(相当于11%),指示着海水δ18O值和盐度相对于现代的升高程度,可能主要与南海和太平洋水体交换强度增加所导致的盐度增大有关;结果同时显示,δ18O值的季节性幅度相对于现代增加了0.535‰(相当于33%),可能主要由冬季海水δ18O值升高引起,这一变化也与中全新世日照相对于现代的季节幅度增加相一致,分析认为日照增加引起的蒸发量增加和太平洋海水交换加强可能是根本原因.重建的冬夏季风代用指标的结果显示,中全新世冬夏季风的年际变率相对于现代都有所增加;谱分析结果揭示出冬季风年代尺度波动和夏季风约3a周期的存在,这些周期仍位于ENSO对季节变化的周期之内.     

更新世以来,石笋、冰芯记录的气候变化及驱动机制研究

格陵兰冰芯和北大西洋沉积揭示了25 ka至今存在着一系列的冷暖突变由于这些气候突变事件变化速度快,温度振幅大引起了全球古气候学家的关注。本文对格陵兰冰芯近25 ka以来δ18O的变化曲线与石笋记录进行了对比,对比结果显示,石笋记录和冰芯记录中都揭示了东亚夏季风降水史中的Heinrich事件和YD事件,两者有着很好的对比关系,但也不排除两者存在着一定的差别,主要原因可能由于石笋的生长环境与冰芯的形成背景有着一定的差异性,导致两折限时的记录也存在一定的差异,特别是在时间上,存在了2000多年的事件差距。     

华北地区1972年和1997年干旱特征及其影响系统分析

利用华北地区实测的月降水量资料,美国NCAR/NCEP 850 hPa的矢量风5、00 hPa和850 hPa的位势高度等再分析资料,分析了华北地区1972年和1997年这2个干旱年干旱的空间分布、强度分布和持续时间,以及西太平洋副热带高压变化、季风进退和欧亚大气环流异常情况.结果表明:1972年是季风正常年,但该年亚洲大陆高压偏强且持续存在、西太平洋副热带高压持续偏弱,导致了干旱的发生与持续;而1997年由于持续偏强的亚洲大陆高压、持续偏弱的季风和西太平洋副热带高压造成该地区严重干旱.     

南极雪的氢氧同位素组成

测定了南极中山站至DomeA沿线表层雪、中山附近海冰上覆盖、新降雪和中山站附近湖水的D和^18O,对内陆雪δD和δ18O随纬度和海拔高度的变化、海冰上覆盖δDδ18O随深度的变化,各种雪中δD和δ18O之间的要性进行了研究。     

五道沟试验场降雨径流中的氢氧稳定同位素特征分析

在淮北平原区五道沟水文水资源试验场,对降雨径流中的氢氧稳定同位素组成变化的特点及控制平原区河道径流组分划分的一些流域水文因素进行了同位素示踪实验研究.结果表明,实验期间降雨中的δ(18O)(-0.918%～-0.518%)及δ(2H)(-5.064%～-2.310%)的变幅较大,并随雨强的降低而增大;1,3,6号测井地下水的δ(18O)(或δ(2H))主要与补给区水源及降雨的δ(18O)(或δ(2H))有关,其对降雨入渗补给的响应较慢,有明显的滞后效应;IR自记井及S4抽水井由于受抽水灌溉等人类活动的持续影响,δ(18O)(或δ(2H))明显偏负,表明有来自深部潜水的补给.此外,流域出口断面河水的δ(18O)(或δ(2H))受平原型流域较强均化作用的影响,其变幅远远小于降雨的δ(18O)(或δ(2H))变幅,在使用同位素方法划分河道径流组分时,需要考虑降雨到形成河道径流的传输时间.     

东亚干旱、半干旱区夏季降水的模拟研究

将IPCC第5次评估报告国际耦合模式比较计划中的18个气候模式模拟结果与美国气候预报中心的观测资料进行对比,系统评估了18个气候模式对东亚干旱、半干旱区过去58 a(1948-2005年)夏季降水变化的模拟能力,并根据分数值的大小选取模式G1和G2进行对比分析.结果表明,G1对东亚干旱、半干旱区夏季降水变化趋势的模拟与观测资料较为一致,其中中国西北地区的降水增加,而中国东北及蒙古地区的降水表现为减少的趋势,模拟的蒙古西部地区的降水变率偏小;G2的模拟结果与观测值相差较大,尤其中国东北、西北局地及蒙古地区夏季降水的变化趋势与观测值相反.合成分析结果表明,在季风偏强年,G1模拟的夏季降水变化与观测值具有较好的一致性,即中国东北和蒙古地区降水明显偏多,但在季风偏弱年,G1模拟的夏季降水变化与观测值相比偏差较大,尤其在中国东北及蒙古地区,模拟的降水变化比观测值明显偏弱.在RCP4.5和RCP8.5排放情景下,G1的模拟结果表明到2100年大部分东亚干旱、半干旱区夏季降水呈增多趋势,其中以中国西北南部及东北地区最为显著.