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.     

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.     

珠穆朗玛峰东绒布冰芯微粒来源示踪

首次通过Sr-Nd-Pb同位素示踪方法, 研究了珠穆朗玛峰(以下简称: 珠峰)东绒布冰芯中不溶性微粒的来源. 结果表明, 冰芯污化层样品中的微粒主要来源于局地粉尘源; 而非污化层样品的同位素组成和印度西北干旱区的结果接近. HYSPLIT模式的空气轨迹分析表明, 印度西北部发生尘暴时, 到达冰芯采样点的气流首先要经过该地区, 进一步验证了东绒布冰芯中微粒来源于印度西北部的可能性.     

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.     

青藏高原古里雅冰芯中的现代大气环境记录

1992年在西昆仑山古里雅冰帽海拔6400m处钻取的古里雅冰芯,连续记录了大气对流层中上部气溶胶的干、湿沉积,为研究青藏高原西北部高空大气环境提供了独特的契机.根据对冰帽的粒雪成冰和冰内化学物质的沉积过程以及冰芯物理学研究,现已探明冰芯内主要特征层位的形成机制和季     

青藏高原各拉丹冬冰芯年积累量变化及其与大气环流的关系

根据各拉丹冬冰芯重建了该地区近70 a来积累量的时间序列. 冰芯积累量与邻近区域气象台站的降水量存在显著的正相关性, 表明冰芯积累量可以作为该地区降水量的代用指标. 1930s中期至1960s初期, 各拉丹冬地区的降水量处于一个低值期, 并于1950s末期达到了极低值. 自1960s开始, 降水量急剧上升, 进入1990s后, 降水量有下降趋势, 但仍然高于1930s~1950s. 利用Mann-Kendall方法检测出该地区降水量在1967年发生了一次突变, 即由低降水期转为高降水期. 大气环流特征的分析表明, 高降水期的西南夏季风比低降水期北扩了约2个纬度, 且巴尔喀什湖槽在高降水期明显增强, 同时经向风和水汽输送在高降水期也显著增强.     

喜马拉雅山中段冰川变化及气候暖干化特征

冰川末端位置的重复测量结果表明, 喜马拉雅山中段的冰川过去几十年一直处于退缩状态, 其中珠穆朗玛峰的冰川自1960年代以来平均退缩速度为5.5~8.7 m/a; 希夏邦马蜂的冰川自1980年代以来的平均退缩速度为6.4 m/a, 目前退缩速度进一步加快. 冰芯研究显示, 冰芯积累量在20世纪为波动减少趋势, 但在1960年代急剧减少, 此后一直保持低值. 附近气象站的观测记录表明, 近30年来温度呈缓慢上升趋势, 但夏季温度上升明显, 这说明冰川退缩是降水减少和温度升高共同作用的结果. 如果这种干暖化趋势继续, 冰川退缩势必加剧.     

青藏高原希夏邦马冰芯中的环境变化信息

1996年8月中美联合冰芯考察队在青藏高原希夏邦马峰达索普冰川(长105ｋｍ,面积2167ｋｍ2,28°24′Ｎ,85°46′Ｅ),攀登到海拔7000ｍ以上的冰雪平台,利用手摇钻钻取了18和20ｍ2根冰芯,首次取得世界山地冰川海拔最高的冰芯,这对该地区大气环境和气候研究都具有重要意义.由于该地区海拔高、气候寒冷、消融微弱,所以粒雪年层保存完好,成冰作用以重结晶为主,是该地区冰芯研究的理想部位.本文根据20ｍ冰芯的分析结果,探讨了冰芯记录的希夏邦马地区的环境变化信息.图1　达索普冰川海拔7000ｍ冰芯中δ18Ｏ,ＳＯ2-4,ＮＯ-3和Ｃａ2 随深度的变化1　离…     

≈37 kaBP大气中宇宙成因同位素含量增加的古里雅冰芯证据

证实了≈37 kaBP青藏高原古里雅冰芯记录中宇宙成因同位素36Cl含量峰值的存在,并认为该峰值是36Cl在大气中产生速率增加导致的,而不是净积累速率变化影响的结果. 与其他地区10Be及36Cl记录的对比,指出宇宙成因同位素这一时期的峰值事件具有全球性,可作为冰芯等沉积物定年的时标. 发现这一峰值事件与气候变冷相伴出现.     

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.     

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.     

温室气体、气溶胶和太平洋年代际振荡对亚洲高山区降水变化的共同作用

<正>以青藏高原为主体的亚洲高山区孕育并滋养了亚洲多条重要的河流.亚洲高山区是气候变化的敏感区,同时也是生态环境的脆弱区.在全球增温背景下,亚洲高山区水循环发生了前所未有的变化,面临冰川退缩、积雪减少、多年冻土消融等问题.亚洲高山区陆地水储量的变化具有明显的空间异质性,这与过去几十年该地区降水的“双核型”变化有关^[1].多源观测资料分析表明, 20世纪70年代以来亚洲高山区北部降水增多,而包括喜马拉雅山脉在内的高原东南部地区降水则减少^[1,2].     

慕士塔格海拔7010 m冰芯中记录到的切尔诺贝利核泄漏事件

慕士塔格7000 m海拔处钻取的一根长度为41.6 m长的冰芯中的总β活化度随深度变化不仅记录到了1963年热核试验所产生的放射性参考层, 而且更清楚地显示了1986年切尔诺贝利核泄漏灾难所产生的放射性峰值. 这标志着这一核灾难事件清楚地保存在中国西部帕米尔高原高海拔冰芯记录中, 而且可以作为附近高海拔地区冰芯定年中另一个重要的放射性参考层.     

盛冰期太阳活动在南京石笋年层序列中的印迹

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数, 确定该石笋在24~21 kaBP期间发育连续3000年左右的年层序列. 石笋年纹层厚度与光面灰度具有良好的相关性(r = 0.55), 支持纹层厚度反映夏季风降水效应的观点. 年纹层厚度与反映太阳活动的冰芯¹⁰Be记录在百年-千年尺度上的一致性, 说明全球冰量最大背景下东亚夏季风气候的高频变化仍受太阳活动驱动. 年层序列的功率谱分析结果表明十年-百年尺度的季风气候变化与太阳活动周期基本一致.     

慕士塔格冰芯中大气粉尘记录的季节变化

根据帕米尔东部的慕士塔格冰芯中氧同位素比值和微粒记录, 揭示了过去近40 a来该地区大气粉尘的季节变化特征. 研究显示, 慕士塔格冰芯中粉尘浓度的高值和较粗的粒径具有与氧同位素比值相似的变化趋势, 约有50%~60%的高粉尘浓度样品出现在氧同位素比值的高值时段, 即夏季高温期, 而在春季和冬季出现的频率较低. 气团反轨迹追踪结果表明西亚(如伊朗-阿富汗高原)和中亚地区是慕士塔格粉尘的主要源区, 这些源区的尘暴频发期出现在夏季(5~8月份). 而中国西部和北部的尘暴频发期出现在春季(3~5月份), 两者在时间上存在差异. 亚洲粉尘传输路径上不同地点(如日本、北太平洋和格陵兰)的粉尘浓度出现的季节与中国西北部地区一致, 其浓度峰值出现在春季(尤其是4月). 亚洲干旱区的不同区域在尘暴频发季节上存在显著差异, 这将有助于深入理解其对北半球粉尘的贡献及其气候效应.     

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.     

亚洲风尘物源研究的新进展

中国北方以及临近蒙古国的亚洲内陆干旱区是全球重要风尘释放中心之一. 中国北方风成黄土与北太平洋软泥和格陵兰冰芯中的亚洲风尘沉积一起, 是研究古环境的良好材料. 粉尘释放后随大气环流向东或东南方向传输, 并常表现为东亚地区春季的沙尘暴. 亚洲风尘还影响着全球水循环和能量平衡. 风尘在风化溶解时不但吸收大量大气二氧化碳, 还是海陆生态系统中铁和磷等营养元素的重要来源, 成为全球物质循环中重要的一部分. 亚洲风尘物源研究对揭示风尘物质的产生与搬运机制、解读风尘沉积的古环境记录、预测风尘的环境效应及指导当代沙尘治理都有重要意义.     

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.     

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.     

北京市夏季降水的日变化特征

利用北京市1961~2004年逐时自记降水资料, 分析了北京市夏季降水日变化的基本气候特征及其长期演变趋势. 分析结果指出, 北京市夏季降水日变化在降水量和降水频次上表现出较为一致的变化特征, 均以午后至次日清晨为高值区, 而在中午前后达到最低值; 高值区可以进一步划分为2个峰值区间, 一个峰值位于午后至傍晚, 另一个峰值发生在清晨. 结合每次降水的持续时间对日变化的气候特征进行分析, 可以对降水量的2个峰值进行区分. 下午至前半夜的降水主要表现为持续时间少于6 h的降水事件, 而后半夜至清晨的降水峰值则主要由持续时间大于6 h的降水事件累积而成. 在近40多年间, 北京市夏季降水发生了结构性调整, 短持续性降水的降水总量逐步增多, 而长持续性降水事件的降水总量却大幅减少.