古湖泊资料与古气候模拟的对比研究——以NCAR CCM 6 kaBP的古气候试验为例

<正>无论是吞吐湖还是内陆湖,在排除了构造活动、冰川消融补给和人类活动等因子之后,湖泊水位变化反映的是该地区湿润状况的变化,特别是有效降水(降水减蒸发)的变化,大气环流模型的模拟研究是从动力成因的角度研究古气候,为过去地质时期可能发生的气候变化提供尽可能正确的成因解释.因此把模型模拟与地质观测资料结合起来进行对比研究正成为古气候学研究的一个重要途径.目前基本上已经结束工作的国际合作项目COHMAP(The Co-operative Holocene Mapping Project)及正在进行的更为广泛的国际间合作项目PMIP(Paleo-climate Modeling Intercomparison Project),都是旨在通过模型模拟与地质资料相比较,从而检验模拟试验的合理性及对古气候变化提供物理解释.     

巨大撞击事件诱发古气候旋回的初步研究

古气候研究表明,地质历史中气候旋回的形成与下列原因有关:(1) 天文因素。Milaakovitch较系统地提出日地相对位置的变化可造成时间尺度为几万年的周期性气候变化,但天文因素难以解释某些非周期性突发古气候波动的成因;(2) 太阳常数。是影响气候在数亿年     

1997年夏国际古气候会议的热点之一:中国的中全新世和末次盛冰期

1997年6月至9月间有三个古气候研究的国际会议在瑞典南方的小城郝比召开.中国中全新世和末次盛冰期的特殊古气候条件和状况在已召开的第一个会议和第二个会议上形成了热点之一.将在这里召开的第三个会议,中国则是会议的全部中心. 1.1997年6月7日至11日,召开了“地质资料与模型、模型与模型对比会议(Data-Modelsand Models Intercomparisons)”.这个会议是由“全球地圈与生物圈对比计算(IGBP)”下的PMIP(Palaeoclimate Modelling Intercomparison Project )和美国科学基金会下的TEMPO(Test-ing Earth System Modls with Paleoenvironmental Observations )两个项目赞助.这个会议的背景是,目前气候环境变化和预测主要通过大气环流模型(AGCMs)、海洋环流模型(OGCMs)以及地球其他系统模型如生物图模型(BIOME)进行模拟试验.但是对古代的气候环境模拟(例如,距现代较近的6和18 ka两个气候变化特殊时期)需要地质资料提供当时的冰流规模、大陆面积、植被状况以及海洋、海冰温度等的边界条件.同时,这些模拟的结果也极需要地质资料的验证。因此,这次会议有目前世界上最大的五家古气候模型的专家们参加,同时有一批     

预测未来气候的钥匙之一——古气候模型与湖泊数据库的对比研究

大气环流模型对末次冰盛期和全新世中期的古气候实验，集中了地球上最近地质历史上的最寒冷和最温暖两个典型时期，对预测无论是自然趋向严寒还是人为造成温暖的未来的气候都有重要的借鉴意义，气候降水和有效降水的模拟则直接影响着人类的生存和发展，古气候资料是验证和评价气候模型实验的一个重要手段，古湖泊数据库提供近两万年来降水和有效降水的地质记录，对晚第四纪气候和大气环流系统的模拟提出了积极的改进意见。     

东亚35 kaBP气候模拟及变化机制探讨

预测全球变暖下的东亚气候变化, 由于难以对未来气候进行验证, 古气候模拟便是一个重要的途径. 而古气候模拟是否具有现实性, 须经过区域性地质资料的检验. 中国大部分地区显示了35000 ± 3000 aBP具有间冰阶暖湿气候特征, 是一个能够为未来温室效应引起气候变化提供历史参照的重要气候期; 同时由于中国积累了大量MSI3阶段晚期的地质研究成果, 为检验35 ka气候模拟提供了不可多得的历史标尺. 文中采用不同强迫因子对35 ka典型阶段进行气候模拟试验, 并采用地质资料验证模拟输出, 从而充实了模拟试验的边界条件, 使古气候模拟更逼近现实. 模拟结果显示35 ka东亚地区中低纬度温度增加和降水带北移, 同时模拟了高纬温度降低和水汽南北输移加强的气候特征. 35 kaBP距离北半球发展到LGM (21 kaBP)盛冰期气候仅万余年时间, 这些模拟也为认识全球变暖的极限、气候自然发展的趋势提供了科学依据.     

末次盛冰期东亚气候的模拟和诊断初探

采用“国际球古气候模拟对比计划”对２１ｋｂＢＰ的边界的共同设置，包括地球轨道控制下太阳辐射变化、北半球第四纪冰盖、海洋表面温度（ＳＳＴ）和大气ＣＯ２浓度，并尝试采用东亚地区２１ｋａ海陆界面和植被状况进行古气候模拟，报道所运行的全球大气环流模型对２１ｋａ的模拟结果，与地质资料的对比表明，该气候模拟与东亚气侯空间格局基本一致，植被敏感性试验反映２１ｋａ植被改变对地面温度和降水均有较大作用，特别是青藏高     

钙华在第四纪研究中的应用:以青藏高原为例

钙华广泛分布于陆地环境中,且能够提供绝对的沉积年代(如铀系测年)和记录沉积时的地质与环境信息,被广泛应用于第四纪研究中.目前我国大多数古钙华还缺乏系统的研究,尤其是对不同成因类型钙华的地质与环境意义的认识还不够深入且存在争议.故本文以青藏高原上的钙华为例,综述了钙华在第四纪研究中的应用,探讨了钙华研究中需要注意的问题,并展望了未来的研究重点.实例分析显示钙华在重建第四纪古气候环境变化中有很大潜力.其中,青藏高原上热成因钙华的形成和演化,除了受高原强烈的构造活动控制外,还与印度夏季风变化具有密切联系,故有可能为青藏高原提供更多和覆盖更长时间尺度的古气候环境记录.此外,钙华在区域地表过程和地貌演化、构造和地热活动历史以及地质考古等领域也具有很大的研究价值.基于钙华沉积的特点,如分布不连续、沉积形态和岩相结构多样、沉积机理复杂等,提出了需要综合利用沉积学、岩相学、地球化学和年代学等多种手段对钙华进行系统的研究.     

南京汤山溶洞石笋连续200ka古气候记录

对南京东郊汤山镇喀斯特溶洞(猿人头骨发现点)内的一支石笋进行了年代学、同位素地球化学和岩相学研究,获得了距今381～166 ka高分辨率古气候演变信息,为确定南京汤山猿人的生存时代和环境提供了基础资料.     

上新世中期海洋表面温度变化及其与古气候重建数据对比

上新世中期, 过去约3.29~2.97 Ma 之间, 是地质历史上距今最近的一个持续性暖期. 它与模式预测的21 世纪末地球系统最有可能达到的气候态具有一定的可比性. 因此, 研究 该时期气候变化对于理解全球变暖背景下的气候变化趋势具有重要的参考作用. 采用最新 的PRISM3 重建数据集, 利用FOAM 耦合模式开展了上新世中期的全球气候模拟, 并对上 新世中期次极地北大西洋剧烈增暖和“永久的El Niño”两个热点问题进行了讨论. 模拟结果 表明: 与工业革命前相比, 上新世中期年平均海洋表面温度(SST)升高了2.3℃, 中高纬度海 洋的增温幅度大于低纬度海洋, 赤道太平洋SST 东西梯度减小以及大西洋经向翻转环流减 弱. 在SST 变化的空间格局上, 模拟结果与重建结果基本一致. FOAM 也能较好地模拟出北 大西洋、北太平洋以及南美西海岸的显著增暖, 但模拟的次极地北大西洋和赤道太平洋 SST 的变化与重建数据仍有差别. 上述重建与模拟的差异是由古气候数据重建的不确定性、 上新世中期模拟的困难以及模式本身的不完善共同造成的.     

中国黄土综合古气候指标的非线性反演

迄今,人们只是利用气候替代性指标与单个气候因子的线性关系估算古气候的,或者利用趋势面分析方法,建立了气候替代性指标与两个气候因子的非线性方程,而没能够真正用于古气候参数的估算.地质记录中物理的、化学的、生物的气候替代性指标是互相影响的.每一种气候替代性指标又会同时受到多种气候因子的控制.如果能找到它们之间在多种气候因子同时控制下的气候平衡点,就有希望解决利用不同气候指标单独恢复古气候时可能出现的矛盾.本文试图做这方面的努力:首先建立现代沉积环境中物理的、化学的、生物的气候指标同时与多个气候参数之间的非线性方程,只要方程数大于(或等于)变量(气候因子)数,在给定的初值条件下,代入相应的古气候指标,求解方程组,可以同时得到一组气候因子的解,从而完成综合古气候指标的非线性反演.1 材料与方法本文采用的黄土高原的现代表层土壤样品的磁化率值63个,全氧化铁样品12个(其中11个样品采用文献[4]的资料),蜗牛样品28个,分别作为物理、化学和生物的气候指标.对洛川坡头黄土剖面Sl以上的地层间隔10cm采样,同时做磁化率、全氧化铁和蜗牛化石分析.其中表层土壤和黄土剖面中蜗牛化石的采样利用筛析法(筛孔0.5mm)获取了包括大量小个体蜗牛的化石组合.     

青海湖沉积物的沉积速率及古气候演变的初步研究

青海湖是我国最大的高原微咸水湖。1981年平均水位为3193.92m,最大水深约27m,湖水面积4340km~2。从距今几十万年以来,青海湖一直处于连续沉积,这对于研究晚更新世以来古气候演变是十分有益的。在前人研究的基础上,开展了~(210)Pb,~(14)C和铀系年代学、钻孔的岩性、有机地球化学和孢粉等方面的研究。本文讨论了距今2万年以来的沉积速率和古气候变化,这对于研究和预测未来气候的变化将是有益的背景资料。     

黄土-古土壤序列碳酸盐同位素组成与古气候变化

土壤和古土壤碳酸盐同位素组成是灵敏的古气候变化标志。根据现代土壤碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成的关系,以及碳同位素组成与土壤植被群落中以C_4光合作用途径的植物百分率的关系,从土壤碳酸盐同位素组成中,分别可以获得土壤形成时年平均温度的信息和植被群落中C_4植物百分率。中国黄土-古土壤序列中碳酸盐是主要物质成分之一,研究其同位素组成为进行第四纪古气候研究将有一定的意义。本文通过对宝鸡晚更新世以来     

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.     

洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究

用稳定同位素地球化学古温度的方法,对洞穴次生沉积物石笋进行碳、氧稳定同位素的测定,并对石笋进行铀系地质年龄和~(14)C地质年龄测定,可以获得第四纪以来的古气候演化规律。     

中国洞穴石笋年代学和古气候研究

我国学者用高精度、高灵敏度热电离质谱(TIMS)铀系法测定第四纪地质年龄,并已在古气候、古环境、古海洋的研究中取得了一系列重要成果.本文介绍目前我们用MAT-262质谱仪对洞穴石笋的TIMS铀系定年法对贵州荔波董歌洞、龙泉洞、衙门洞以及贵州都匀七星洞洞穴的次生碳酸岩石笋进行年代学研究的一些成果.     

中国北方和蒙古南部植被退化对区域气候的影响

奇异值分解(SVD)分析归一化植被指数(NDVI)和降水给出的新证据, 揭示出中国北方过渡带及附近地区可能是植被覆盖变化对中国夏季降水影响的最敏感地区. 利用再分析资料和测站资料对土地利用变化影响温度的统计分析还表明, 年代际尺度上, 土地利用变化对中国温度的影响最明显地表现在使北方温度的升高. 基于观测上的一些新事实, 利用一个高分辨率的区域环境系统集成模式(RIEMS)通过多年积分, 研究了中国北方过渡带及附近地区(中国北方和蒙古南部)植被退化对区域气候的影响. 模拟结果表明, 植被退化可以造成中国北方和南方的降水减少和江淮流域的降水增加, 及植被变化区的温度的升高和华中地区温度的降低. 此外, 植被退化对大气环流也产生了重要影响. 模拟的表面气候和大气环流的变化与最近50年来观测的年代际气候异常都比较一致. 统计和模拟结果表明, 中国北方过渡带及其附近地区的植被退化, 可能是造成中国气候异常尤其是北方干旱化的重要原因之一.     

显生宙长时间尺度碳循环演变的模拟:现状与展望

长时间尺度碳循环演变控制了大气CO₂的含量.显生宙以来,大气CO₂含量的变化及其对地表气温的控制,是古气候地球化学研究的前沿领域.地球系统箱式模型被广泛用于揭示长时间尺度碳循环和古气候变化的过程与机制.以COPSE(Carbon-Oxygen-Phosphorus-Sulphur-Evolution)和GEOCARB模型为代表的早期长时间尺度碳循环模型,在应用于显生宙大气CO₂含量变化研究上成效显著,但因无法表达地球三维地表的影响,制约了其进一步发展.新发展的SCION(Spatial Continuous Integration)模型基于COPSE模型,结合了GEOCLIM模型中运用的FOAM(Fast Ocean-Atmosphere Model)气候模型数据集,实现了大陆风化的动态表达,进而更准确地表征了长时间尺度的碳循环演变.然而,最新版SCION模型模拟的大气CO₂含量变化,仍与大气CO₂的地质指标记录存在不一致之处.采用多箱式海洋替代单一箱式海洋,区分硅酸盐岩性对风...     

逐步判别分析在恢复古气候中的应用

古植被状况是古气候研究中得到广泛应用的一种环境代用资料,我们在研究中,注意选择那些具有较狭窄地理分布,对热量、降水量有较严格要求的植物,从而对古气候状况作出较可靠的推测。 在本文的研究中,我们选取了近年在全新世中期沉积物中找到的大量山龙眼(Helicia     

用外部强迫因子对近百年陆地降水变化的统计建模试验

利用多元线性回归模型拟合历史气候变化经常会遇到残差自相关以及影响因子之间存在多重相关性的问题,从而导致模型出现病态.本研究利用多个自然强迫、人为活动因子的辐射强迫(有效辐射强迫)作为自变量,采用较为简单的组合统计模型将近百年陆地降水变化分解为自然强迫、人为活动的影响和内部变率(噪声),取得了较为合理的结论.首先采用多元线性回归(MLR)+差分滑动平均自回归(ARIMA)组合模型对全球及各纬度带陆地降水距平变化序列中人类活动和自然强迫因子的重要性进行了分析,发现全球和北半球中、高纬度陆地降水的模型解释方差较高(超过40%),且方程中人类活动因子的拟合系数具有高显著性,说明人类活动对这些区域降水变化具有显著贡献.进一步,利用偏最小二乘回归(PLSR)模型,量化了人为强迫多个分量对上述降水变化的各自影响(贡献),结果表明:火山爆发和多数人为因子对全球陆地降水的距平变化非常重要;只有人为气溶胶、尾迹卷云对于北半球中纬度、高纬度陆地降水距平变化一致性地表现为正贡献,而其他人为因子对不同纬度带的贡献是相反的,体现出一定的不确定性.     

全新世中期和末次冰盛期中国季风区面积和季风降水变化

使用国际古气候模拟比较计划第1~3阶段中共61个气候模式的数值试验结果,首先定量评估了它们对于当代中国年平均、夏季和冬季降水气候态的模拟能力,而后根据择优选取的26和16个气候模式分别对全新世中期和末次冰盛期中国季风区面积、季风降水以及季风降水强度变化进行了集中研究.结果表明:相对于参考时期,全新世中期中国季风区面积、季风降水及其强度分别在26,26和22个模式中模拟增加,平均增幅依次为10.7%,18.7%和7.3%,这主要是源于轨道强迫所导致的夏季经向温度梯度的减小以及夏季东亚与临近海域间热力对比的增大,海洋反馈的作用相对有限;上述模拟结果与季风区内的地质记录基本相符.在末次冰盛期,中国季风区面积和季风降水在15个模式中减小、季风降水强度在所有16个模式中减小,平均减幅依次为7.7%,25.1%和14.3%,夏季经向温度梯度的增加以及纬向和经向陆地和海洋间热力对比的减小是其内在动力学机制,海洋反馈有一定的抑制作用;以上模拟结果与季风区内较为有限的地质记录是定性一致的.