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.     

东南极780年来DT263冰芯中的火山喷发记录研究

地球上的火山活动使南极冰盖中沉积了超高含量的非海盐硫酸根离子. 通过对东南极Dome A边缘DT263冰芯进行的离子成分化学分析, 得到了详尽的硫酸根离子记录. 利用火山定年标志层并结合Na⁺季节性变化特征进行定年, 确定冰芯连续积累了780年(1215~1996年). 1800~1460年期间当地年均积累率强烈低于该阶段前后的积累率, 该时期与已在北半球找到众多存在证据的“小冰期”气候事件时间相吻合. 火山成因的非海盐硫酸根离子浓度异常峰值说明冰芯中明显记录了至少17次火山活动. 对比其他几支南极冰芯, 一些著名火山信号的强度存在明显差异, 可能与不同冰芯钻探地点积累率、微地形、冰雪的原地堆积和重新分配作用差异、火山物质传输途径的不同、以及硫酸根离子化学分析测量技术等因素有关. 南半球中、高纬度地区的火山喷发对南极冰雪内火山信号强弱的影响明显大于低纬度地区的火山.     

天气尺度下丽江季风降水中δ18O变化

根据丽江2003年夏季日降水中δ¹⁸O资料, 结合日平均NCEP/NCAR再分析资料, 研究天气尺度下季风降水中δ¹⁸O变化. 研究发现, 丽江夏季日降水中δ¹⁸O变化具有显著的“降水量效应”, 而“温度效应”不存在. 季风活跃期和不活跃期的交替出现可能对天气尺度下δ¹⁸O的变化具有显著的影响, 同时季风降水的再循环过程可能对季风末期降水中δ¹⁸O变化具有显著的影响. 这些影响对季风降水中稳定同位素所特有的“降水量效应”产生严重干扰. 另外, 研究表明丽江夏季天气尺度下δ¹⁸O变化主要受大尺度印度低压系统控制. 研究结果对于季风区稳定同位素“降水量效应”以及本区古气候的研究具有重要意义.     

贵州董哥洞近1000 a来高分辨率洞穴石笋δ18O记录

基于贵州董哥洞两支石笋16个²³⁰Th年龄和486个δ¹⁸O测试数据, 建立了过去1000 a来洞穴石笋高分辨率δ¹⁸O的时间序列. 该洞穴近1000 a来δ¹⁸O变化曲线指示了云贵高原东南部西南季风降水变化过程. 与太阳辐射曲线对比表明, 百年尺度西南季风降水变化响应于太阳活动周期. 洞穴石笋δ¹⁸O记录揭示了自1720 AD年以来西南季风强度突增现象, 反映了热带印度洋海-气耦合作用对过去一个世纪北半球温度上升起着重要作用.     

青藏高原北部马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率变化趋势

通过对青藏高原北部马兰冰芯污化层状况的分析, 提出该冰芯中污化层厚度比率是沙尘天气 发生频率的良好指标, 并揭示出近200年来马兰冰芯中污化层厚度比率呈降低趋势, 指示了这一时期沙尘天气发生频率呈减少趋势. 降水增加以及由气候变暖所引起的西风环流强度的可能减弱, 是马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率呈减少趋势的主要原因. 研究还发现, 马兰冰芯中污化层厚度比率与δ¹⁸O值之间存在着显著的负相关, 这对研究大气尘埃含量与气候变化之间关系具有重要意义.     

全新世季风气候演化与干旱事件的湖北神农架石笋记录

基于湖北神农架山宝洞SB10石笋的14个²³⁰Th年龄和266个氧同位素数据, 建立了11.5~2.1 kaBP时段东亚季风降水序列. 该记录表明: 11.5~9.3 kaBP, 季风降水处于持续增长期; 9.3~4.4 kaBP, 该时段为降雨丰沛的湿润期, 4.4~2.1 kaBP, 该时段为降水较少的干旱期, 其长期演化趋势大体类似于北纬33°夏季日辐射能量曲线. SB10石笋δ¹⁸O记录揭示了4.3 kaBP前后季风降水突然减少, 反映了植被-大气-气溶胶对太阳辐射减少的正反馈效应, 该事件与4 ka左右中国新石器文化断层基本同步. 从早全新世平均分辨率20年的石笋降水记录中识别出8.2, 8.6, 9.3, 10.2和11.0 ka显著干旱事件, 可与格陵兰冰芯δ¹⁸O记录的降温事件进行对比, 反映了早全新世北半球低纬季风与极地气候受同一机制的驱动.     

太阳活动对塔里木盆地南缘近4 ka以来气候波动的可能影响

西风区塔里木盆地南缘尼雅剖面各指标记录了近4 ka以来此地区的气候环境变化. 特别是沉积物平均粒径, 其十至百年尺度的波动与Greenland GISP2冰芯δ¹⁸O温度指标、大气剩余¹⁴C(residual Δ¹⁴C)曲线之间存在很好的吻合. 红色噪声谱分析(Redfit)所提取的196, 121, 97, 62, 45和33~30年等显著周期, 多数与太阳辐射变化的周期具有一致性. 结合广泛的区域对比, 进一步证明太阳辐射可能是本地区乃至全球数十年至百年尺度气候变化的重要驱动力.     

古里雅冰芯中钙离子与大气粉尘变化关系

通过青藏高原古里雅冰芯的研究, 发现陆源的Ca²⁺离子是可溶气溶胶中的主要阳离子, 可以作为中、低纬干旱区周边山地冰芯中反映大气成分和环境变化的指标. 在古里雅冰芯中, 末次间冰期以来Ca²⁺离子浓度存在明显的变化, 有两个较强的增高时期和两个较弱的增高时期, 这些变化总体与气候变化相关. 即气候变冷时, Ca²⁺离子浓度升高; 气候变暖时, Ca²⁺离子浓度降低. 但Ca²⁺离子浓度变化并非总是在气候变暖时降低和在气候变冷时升高, 与温度记录在变化相位和幅度上也不完全一致. 大气环流、高原下垫面以及大气湿度的变化可能是除温度以外的重要影响因素.     

晚冰期以来青海湖地区气候变迁受西南季风控制的介形类壳体氧同位素证据

晚冰期以来青海湖QH-2000孔沉积物介形类壳体δ¹⁸O记录可以作为季风强度变化的一项很好的指标. 17.5~11 cal.kaBP期间, δ¹⁸O偏正, 平均为2.37‰, 季风带来的降水较少; 11~10 cal. kaBP期间, δ¹⁸O快速由偏正转为偏负, 季风强度快速增强; 10~6.0 cal.kaBP期间, δ¹⁸O整体偏负, 平均为-2.15‰, 季风强度达到了最大; 6.0~2.5 cal.kaBP期间, δ¹⁸O值波动增加, 2.5 cal.kaBP以来, δ¹⁸O波动维持在3.0‰左右, 季风强度减弱. 区域对比研究表明, 青海湖地区晚冰期以来的气候并非受东南季风的影响, 而主要受西南季风的控制.     

2 ka来苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素记录的气候变化

选择位于柴达木盆地北缘的苏干湖作为研究对象. 利用²¹⁰Pb, AMS ¹⁴C以及常规¹⁴C等测年手段, 建立了苏干湖沉积岩芯2 ka以来的时间序列. 对湖泊沉积细颗粒中的碳酸盐进行碳、氧同位素分析. 结合流域地表水δ¹⁸O值的变化以及气温观测资料, 认为碳酸盐δ¹⁸O值指示了流域有效湿度的变化; δ¹³C值的变化与湖泊年内冰封湖面时期的长短有关, 间接指示了区域冬半年气温的变化. 在此基础上, 建立了2 ka来苏干湖地区气候变化序列, 其气候变化过程经历了5个阶段: 0~190 AD, 暖干; 190~580 AD, 冷干; 580~1200 AD(MWP), 暖干; 1200~1880 AD(LIA), 冷湿; 1880~1950 AD期间为冷干气候, 20世纪50年代以来, 气候变暖. 碳同位素反映的2 ka以来冬半年气温的变化与历史文献记录以及其他地质记录有很好的一致性, 表明苏干湖同位素记录的2 ka来气候变化具有普遍意义.     

130 kaBP左右东亚季风突变过程的洞穴石笋记录

基于湖北神农架地区石笋(SB25)6个²³⁰Th年龄和472个氧同位素分析, 获得了133~127 ka时期十年际分辨率的δ¹⁸O时间序列. 该石笋δ¹⁸O时间序列记录了倒二冰期向末次间冰期转换时东亚夏季风降水强度变化的详细过程. 通过对石笋的精确定年, 确定终止点Ⅱ的年龄为129.5±1.0 ka, 证实了北半球太阳辐射是东亚季风冰期/间冰期转换的主要驱动力. 该石笋δ¹⁸O值在冰期/间冰期旋回中振荡幅度达4‰左右, 这在亚洲季风区洞穴记录中具有普遍性. 分辨率为十年际的δ¹⁸O曲线显示东亚季风在倒二冰期向末次间冰期转换时表现为4个阶梯式阶段, 其中“终止点Ⅱ停滞”后的季风降水突增与全球CH₄浓度突变同步.     

那曲河流域季风结束前后大气水汽中δ 18O变化特征

在青藏高原中部那曲河流域2004年8~10月收集了大气水汽样品. 研究结果表明, 该流域大气水汽中 δ ¹⁸O值存在一定的波动, 尤其在季风撤退前后, 波动最为显著. 而且大气水汽中δ ¹⁸O与露点温度的波动趋势是明显反向的. 降水事件对该流域大气水汽中δ ¹⁸O波动具有绝对的影响. 在整个大气水汽样品收集时段, 降水发生时, 大气水汽中δ ¹⁸O都为低值. 不同的水汽来源对该流域大气水汽中δ ¹⁸O具有一定的影响, 特别是强烈的西南季风活动带来的海洋性水汽导致该流域大气水汽中δ ¹⁸O出现相对低值, 而当该流域主要受大陆性水汽影响时, 大气水汽中δ ¹⁸O相对较高.     

氧气在Al(001)面吸附的第一原理研究

采用基于广义梯度近似(GGA)交换关联近似的超软(ultrasoft)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型, 用第一原理计算方法, 计算并分析了氧分子在Al(001)面吸附的价键结构和局域电子结构. 超晶胞表面为2×2原胞, 共有14层原子, 其中铝原子9层, 真空5层. 氧分子层与表面铝原子层的距离为一倍面间距, 选用了几种不同的初始吸附形态. 结果表明, 氧气在Al(001)面时, 分子键平行于铝表面时容易被吸附, 分子键垂直于铝表面时不容易被吸附. 吸附过程中价键的分析表明, 氧分子在O₂/Al(001)界面的吸附过程有两种形式: O₂→(O₂)^2−→2O^−→2O^2−和O₂→(O₂)^−→O^2−+O, 吸附过程与氧气在Al(001)面初始吸附形态有关.     

南极洲东方站(Vostok)BH8冰芯中4700 a BP的火山喷发记录

详细测定了南极洲东方站(Vostok)BH8冰芯126.0~130.0 m段的固体电导率(ECM)、痕量化学组分和微粒浓度, 在深度128.7 m处, 检测出一距今约4726年的火山信号. 研究表明, 其火山SO₄^2−净通量为95.8 kg·km^−2, SO₄^2−峰值浓度为1352.8 ng·g^−1, 持续时间约10.1年. 该火山喷发事件似具有喷发地遥远、规模相对较大、持续时间较长等特点, 与前人已报道的某些著名火山喷发事件具可对比性.     

东南极洲冰盖表层雪的地球化学特征和分带

依据在东南极洲冰盖采集的表层雪样品, 分析获得氢氧稳定同位素比值、可溶性杂质——阴阳离子含量、不可溶性杂质——微粒含量, 探讨东南极洲冰盖表层雪的地球化学特征. 目的是研究东南极洲冰盖表层雪的地球化学分区以及不同区域对应的物质来源和水汽输运途径. 研究发现, 从冰盖边缘到内陆, 反映水汽来源的氢氧稳定同位素比率系数S₁, d₁ (δD = S₁δ^18O + d₁) 的关系在海拔2000 m附近出现转折; 表层雪中Cl^-/Na⁺的重量比值在海拔2000 m以下接近海盐中Cl^-/Na⁺的重量比值, 2000 m以上则高于海盐中的比值达两倍; 非海盐性的Ca²⁺离子和细颗粒微粒含量在2000 m以上升高. 2000 m以下随海拔增高, 可溶-不可溶性杂质含量减少. 在海拔800 m以下的大陆冰盖沿岸区为高杂质含量区. 结合物质输运过程, 上述特征说明, 在东南极洲冰盖海拔2000 m以上是大尺度经向环流作用区, 物质来源于远源输运. 2000 m以下是中尺度高纬海洋和冰盖边缘带强气旋作用区, 输运的物质来源于高纬海区. 其中, 800 m以下是沿岸气旋作用区.     

近期青藏高原长江源区急剧升温的冰芯证据

长江源区作为整个青藏高原20世纪以来增温幅度较大的地区之一得到了普遍的关注. 通过对2005年在各拉丹冬峰北部果曲冰川平坦的粒雪盆(33.58°N, 91.18°E, 5720 m a.s.l.)钻取的1支冰芯多参数的定年, 获得了长江源地区近70 a来大气降水中δ¹⁸O的历史记录. 利用各拉丹冬冰芯δ¹⁸O与该区域气象台站夏季气温(7~9月)之间显著的正相关性, 恢复了近70 a来各拉丹冬地区夏季气温的变化历史: 1940s气温较低, 1950s~1960s中期气温较高, 1970s中期气温下降到近70 a来的最低值, 1980s仍然处在一个低温期, 而1990s以来气温急剧升高的趋势延续到了21世纪初期. 各拉丹冬冰芯恢复的气温记录在1970s以来的增温率(0.5℃/10 a)要明显的高于各拉丹冬地区和北半球, 而1990s以来的增温率(1.1℃/10 a)约为1970s以来的2倍, 表明近期的增温有加速趋势且高海拔区域对全球变暖的响应更为敏感.     

季风降水中δ18O与高空风速关系

统计分析了西南季风区IAEA/WMO降水观测站曼谷、孟买、新德里、昆明及拉萨夏季降水中δ¹⁸O资料及各站高空大气风速资料发现, 高空风速与δ¹⁸O之间存在显著的正相关关系. 分析表明, 季风期间季风区上空存在一个季风水汽层, 雨滴在下落过程中通过这一水汽层并与季风水汽发生稳定同位素交换, 是导致高空风速和δ¹⁸O正相关的主要原因. 在西南季风区除温度和降水量外, 高空风速也是影响季风降水中δ¹⁸O变化的一个主要因子.     

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.}     

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.     

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.