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。     

春季东亚海-陆热力差异对我国东部西南风降水影响数值试验

用NCEP-NCAR再分析资料、NOAA的CMAP降水资料以及MM5v3中尺度区域模式, 研究了东亚及周边海域表面温度差异对春季我国东部西南风降水的影响, 数值模拟结果表明: 春季东亚表面温度差异对江南西南风降水发生以及向北推进有重要影响; 当东亚大陆温度增加和其周边海洋表面温度减小时, 冬季型温度梯度更早地向夏季型转换, 青藏高原东侧低压以及西太平洋副热带高压都加强, 伴随着东部的低层西南风加强; 于是, 江淮地区的上升运动增强, 而江南地区的上升运动减弱, 导致春季江淮降水增加, 而江南降水减少, 使东部雨带出现在江淮, 而不是在江南; 当热力差异减弱时, 我国东部大陆没有雨带出现; 在春季热力差异显著增强的情况下, 即使没有南海热带季风爆发, 春季位于江南的雨带也可以向北推进到江淮地区, 形成类似于夏季江淮梅雨期的雨带.     

晚冰期以来神农架大九湖泥炭高分辨率气候变化的地球化学记录研究

10个AMS14C年龄数据表明,神农架大九湖297cm的泥炭沉积剖面约为16kaBP(14C年龄为13.3kaBP)以来的沉积.多地球化学指标分析揭示出,研究区域16kaBP以来的气候特点如下:(1)晚冰期阶段气候冷湿而不稳定,12.6～11.4kaBP应是新仙女木时期的沉积,15.2～12.6kaBP(cal)为博令-阿勒罗德暖期,16～15.2kaBP为最老仙女木时期.(2)早全新世总体上继承了晚冰期气候特点,较为冷湿,其中在10.6kaBP(cal)前后出现较显著的干旱事件.(3)中全新世总体很温暖湿润.其中9.2～7.5kaBP是逐步升温的过程,降水相对较少,在全球具有代表意义的8.2kaBP前后的降温事件反映较明显,6.7～4.2kaBP期间各种替代指标相对稳定,是中全新世水热配置的最适宜期.(4)在4.2kaBP前后发生的中晚全新世的季风衰退事件,表现为气候由温暖湿润快速转向凉干,可能导致了本区新石器文化的崩溃并催生了夏代文明.约0.9kaBP前后转为较凉湿的气候.大九湖泥炭记录的气候和环境演变信息具有全球性变化特点,可以与东亚季风区的同类沉积剖面进行对比,反映了"末次冰期后,季风快速加强,早全新世季风强盛、随后季风衰退,中全新世季风变弱,气候变干"的季风气候变化模式.分析认为,其变化的驱动机制可能是太阳辐射在中纬度东亚季风区的特定响应.     

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.     

两极冰盖控制的12 Ma以来南亚夏季风演化

<正>季风是指由于大陆及邻近海洋之间存在温度差异而形成大范围盛行的、风向随季节发生改变的大气环流,是全球气候系统的重要组成部分^[1].全球约有70%的人口生活在季风区,季风变化对这些地区人民的生产生活、国民经济和社会发展等方面具有重要影响.我国美丽富饶的“鱼米之乡”即是得益于充沛的季风降水而形成.但异常的季风气候也会导致干旱、洪水和其他极端天气和气候事件的发生,     

末次盛冰期以来菲律宾南部气候变化的孢粉记录

通过对位于西太平洋暖池区的菲律宾南部深海钻孔MD06-3075 上半部分的孢粉分析,结合氧同位素记录, 得知冰盛期时由于温度的下降, 该区热带高山雨林向低海拔地区下移, 在深海沉积中记录到了这一类型花粉的增加; 而到全新世时植被类型以热带低地雨林为主, 并且红树林广泛发育. 红树林和高山雨林的变化, 分别指示了海平面的上升和温度的增加, 而其他的草本、蕨类等变化则显示冰盛期时湿度比现在要略干. 在全新世中后期红树林明显退缩表明全新世时期气候发生变化, 主要表现为影响红树林发育的河流径流量有所下降, 同时喜湿且主要依靠河流搬运的蕨类孢子减少, 也说明河流径流量下降. 这些变化可能是受东亚季风强弱变化控制的结果, 也可能和ENSO 的变化有关联.     

全新世黔北降水特征的石笋记录及适宜期结束时间在亚洲季风区的不等时性

基于黔北石膏洞两支石笋(SG1 和SG2)的12 个高精度²³⁰Th 年龄(误差为±2.5~55 a)和479 个氧同位素数据, 建立了全新世9.9 ka BP (相对1950 AD) 至今较高分辨率的东亚季风和印度季风交汇区季风降水序列. 石膏洞δ¹⁸O 记录表明: 9.9~6.6 ka BP, 季风降水处于降水丰沛的湿润期; 6.6~1.6 ka BP, 该时段为降水逐渐减弱时期; 1.6 ka BP 至今石笋δ¹⁸O 最为偏正, 季风降水整体处于较弱期, 其长期演变趋势整体追随30°N 夏季太阳辐射能量变化曲线. 利用时序分析方法, 对石膏洞与已发表的高分辨率石笋δ¹⁸O 记录分析发现, 石笋所揭示的全新世适宜期结束时间在不同季风区存在显著差异: 统计分析结果显示印度季风区的阿曼为7.2~7.4 kaBP, 东亚季风下的华中地区为5.6~5.8 ka BP, 而地处于两季风交汇处的西南一带则介于其中约为6.6~7.0 ka BP. 我们认为供应东亚季风水汽来源的热带西太平洋海水表面温度变化, 是可能造成亚洲不同地区全新世适宜期结束时间不一致的原因.     

黄土高原西缘在AD 1875~2003期间石笋氧同位素记录的季风降水变化与海气系统的联系

基于黄土高原西部甘肃武都万象洞中一根石笋0~16 mm之间的5个高精度²³⁰Th年代和103个δ¹⁸O数据, 重建了亚洲季风边缘区过去100多年来高分辨率的季风降水变化历史. 通过与武都器测降水数据对比发现, 最近50多年来石笋氧同位素组成受降雨量效应的影响, 指示了亚洲季风的强弱变化及其带来的降水量信息. 近100多年来亚洲季风的变化历史可分为季风降水增强期(AD 1875~1900)、季风降水减弱期(AD 1901~1946)和季风降水再次增强期(AD 1947~2003) 3个气候段, 而且这3个季风变化阶段与通过历史文献记载建立的旱涝指数变化相似. 近100多年来万象洞石笋氧同位素记录的季风强度变化与太平洋年代际振荡(PDO)密切相关, 年代际时间尺度上PDO暖(冷)相位与季风降水的减少(增加)对应; 但在1977年之后出现了季风降水变化和PDO的反相位关系, 很可能是北太平洋在1976/1977年前后发生的年代际气候跃变的反映. 说明现代亚洲季风强度及季风降水变化通过海气相互作用与太平洋密切相关. 这种关系将有助于亚洲季风区水循环的预测, 而且可以利用洞穴观测数据来提高气候模型的预测能力.     

贺兰山第四纪冰川特征及其与气候和构造之间的耦合关系

贺兰山(3556m)是中国东部存在确切第四纪冰川遗迹的山地之一,是我国季风区与非季风区、温带草原与荒漠草原的分界线,对于研究中国东、西部冰川发育特点以及青藏高原边缘山地冰川发育与气候和构造之间的耦合关系具有十分重要的科学意义.野外地貌调查与室内光释光(OSL)、加速器质谱碳十四(AMS14C)对冰川、黄土以及湖相沉积物年代测定结果显示,在贺兰山主峰周围海拔2800m以上保存着古冰川侵蚀与堆积地貌,第四纪冰川发生的时限较晚,时代上限为末次冰期中冰阶,对应深海氧同位素MIS3中期(43.2±4.0ka)、末次冰盛期(LGM,~18ka)、晚冰期(12.0±1.1ka)和新冰期(3.4±0.3ka),冰川作用的阶段性明显.采用深海氧同位素曲线(MIS)代表共和运动(150ka)以来的冰川平衡线变化,并用末次冰盛期的平衡线(2980m)以及现代理论雪线高度值(4724m)作为平衡线的最大振幅,以3.5mm/a作为贺兰山体的抬升速率,探讨了末次冰期以来贺兰山山体高度与冰川作用之间的关系,并与黄土-古土壤等反应气候环境变化的指标对比,认为贺兰山地区第四纪冰川作用是山体的构造抬升与气候条件耦合的结果,即"共和运动"之后山体抬升到与末次冰期气候耦合的高度,开始发育冰川.     

印度季风降水变率与机理研究取得新进展

[本刊讯]中国科学院地球环境研究所研究员蔡演军和中科院院士安芷生等学者,联合美国加州大学伯克利分校和明尼苏达大学等多个国家和地区的研究人员,对我国西南洞穴石笋记录以及集成降水同位素的全球气候模式模拟进行研究,最新成果于2015年2月23日在线刊登于《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。研究团队重建了过去25.2万年印度季风降水的历史和变率,并结合集成降水同位素的全球气候模式模拟的结果,探讨了印度季     

花粉揭示的青藏高原西南部塔若错全新世以来植被与气候变化

利用活塞采样器在位于青藏高原西南部塔若错60 m水深处获得3.1 m沉积岩芯.通过AMS14C测年、花粉、粒度和无机碳分析,恢复了青藏高原西南部全新世以来的植被和气候变化.结果显示,全新世初期(10200~8900 cal a BP),植被由高寒草原向高寒草甸转换,气候由冷干向暖湿发展;全新世早期(8900~7400 cal a BP),植被由高寒草甸到高寒草原的转换,气候相对干旱,但偏暖;全新世中期(7400~3300 cal a BP),植被从高寒草原向高寒草甸或草甸化草原转换,气候以冷湿为主;全新世晚期(3300 cal a BP至今),植被逐渐被高寒草原取代,气候变得寒冷干旱.塔若错全新世早期和中晚期的特征气候事件表明,该地区明显受到西风区环境变化的影响,而在全新世中期更多受印度季风环流控制.尤其是中晚全新世塔若错的湖泊沉积环境记录对于进一步阐述西风/季风在该地区的影响程度具有非常重要的意义.     

石羊河流域全新世孢粉记录及其对气候系统响应争论的启示

石羊河流域位于亚洲季风西北边缘区, 已有的全新世气候变化研究结果之间存在较大分歧. 一些研究提出该区域全新世气候变化主要受控于亚洲季风, 早全新世气候较湿润(11.6~7.1cal ka BP); 另一些研究则提出湿润期发生于中全新世气候适宜期(7.0~5.0 cal ka BP), 与中亚干旱区全新世气候变化西风模式相似. 石羊河流域现代气候受亚洲季风和西风带气流的共同影响, 古气候记录却显示了两种不同的全新世气候模式——季风气候模式和西风模式. 究竟是什么原因导致两种截然不同的气候模式共存于一个区域? 本文选择石羊河流域终端湖猪野泽的QTH02, QTL-03 和三角城剖面及石羊河中游地区红水河剖面开展全新世孢粉学对比研究, 以期全面认识这一问题. 研究发现猪野泽地区QTH02 和QTL-03 剖面全新世孢粉记录相似度高, 三角城剖面中全新世孢粉记录与上述两剖面差异较大, 但这一差别主要受控于湖泊不同位置孢粉组合的差异. 根据这4 个全新世孢粉记录的综合分析, 发现石羊河流域全新世期间在千年尺度上受到亚洲季风与西风带气流的共同影响, 体现了季风模式和西风模式的共同特点.     

末次冰盛期以来中国陆地植被净初级生产力的模拟

利用AVIM(植被与大气相互作用模式)模拟了末次冰盛期(21 ka BP)、全新世中期(6 ka BP)及现代中国陆地植被净初级生产力(NPP)的大小与分布特征, 计算了3个时期陆地植被NPP的碳总量. 研究结果表明, 冰期-间冰期尺度下的东亚夏季风的变化是影响中国陆地植被NPP变化的主要原因, 21 ka BP时期中国陆地植被NPP最小, 平均值为208 gC/m²·a, NPP碳总量为2.05 Pg/a; 6 ka BP时期NPP最大, 平均值为409 gC/m²·a, NPP碳总量为3.89 Pg/a; 现代陆地植被的NPP年平均值为355 gC/m²·a, NPP碳总量为3.33 Pg/a, 温暖湿润时期中国陆地植被的NPP比寒冷干旱时期要高. 对3个不同气候时期温度和降水与陆地植被NPP的相关性分析表明, 温度是影响21 ka BP中国陆地植被NPP的主要气候因子, 而降水是影响6 ka BP以及现代植被NPP的主要因子.     

上新世中期格陵兰冰盖模拟简

格陵兰冰盖是造成21世纪海平面预估不确定性的一个主要来源,而研究格陵兰冰盖对过去暖期气候的响应,可以为研究未来格陵兰冰盖提供参考. 本文采用全球气候模式CAM 3.1(Community Atmosphere Model version 3.1),CAM 4和NorESM(Norwegian Earth System Model)以及冰盖模式SICOPOLIS(SImulation COde for POLythermal Ice Sheets),对上新世中期暖期(距今~3 Ma)格陵兰气候和冰盖展开模拟研究. 模拟结果表明上新世中期格陵兰夏季平均气温比工业革命前高9.4~13.4℃,年平均降水增加了65.2~108.3 mm a^-1. 在上新世中期暖湿的气候背景下,仅有少量冰存在于格陵兰东部沿岸高海拔地区;与参照试验相比,上新世中期格陵兰冰盖减少造成全球海平面比现代高大约7.8~8.1 m. 同时,古气候代用资料也表明上新世中期格陵兰可能无大规模冰盖存在.     

上新世中期格陵兰冰盖模拟

格陵兰冰盖是造成21世纪海平面预估不确定性的一个主要来源,而研究格陵兰冰盖对过去暖期气候的响应,可以为研究未来格陵兰冰盖提供参考.本文采用全球气候模式CAM 3.1(Community Atmosphere Model version 3.1),CAM 4和NorESM(Norwegian Earth System Model)以及冰盖模式SICOPOLIS(SImulation COde for POLythermal Ice Sheets),对上新世中期暖期(距今～3 Ma)格陵兰气候和冰盖展开模拟研究.模拟结果表明上新世中期格陵兰夏季平均气温比工业革命前高9.4～13.4℃,年平均降水增加了65.2～108.3 mm a 1.在上新世中期暖湿的气候背景下,仅有少量冰存在于格陵兰东部沿岸高海拔地区;与参照试验相比,上新世中期格陵兰冰盖减少造成全球海平面比现代高大约7.8～8.1 m.同时,古气候代用资料也表明上新世中期格陵兰可能无大规模冰盖存在.     

全球变暖2℃情景下中国平均气候和极端气候事件变化预估

使用一个区域气候模式(RegCM3)在IPCC SRES A1B温室气体排放情景下对东亚地区进行的高分辨率数值模拟试验数据,就备受关注的相对于工业化革命前期全球变暖2℃阈值情景下中国平均气候和极端气候事件变化进行了预估研究.结果表明,届时中国年平均温度普遍上升而且幅度要高于同期全球平均值约0.6℃,增温总体上由南向北加强并在青藏高原地区有所放大,各季节变暖幅度相似但空间分布有一定差别;年平均降水相对于1986～2005年平均增加5.2%,季节降水增加4.2%～8.5%,除冬季降水在北方增加而在南方减少之外,年和其他季节平均降水主要表现为在中国西部和东南部增加而在两区域之间减少.极端暖性温度事件普遍增加,而极端冷性温度事件减少;中国区域年平均的连续5天最大降水量、降水强度、极端降水贡献率和大雨日数分别增加5.1mm,0.28mmd-1,6.6%和0.4d,而持续干期减少0.5d,其中大雨日数和持续干期变化存在较大的空间变率.     

东亚季风气候未来变化的情景分析—— 基于IPCC SRES A2和B2方案的模拟结果

利用最新的温室气体和SO₂排放方案, 即政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告 (SRES)的 A2 和B2方案, 通过海-气耦合模式模拟结果讨论东亚季风气候在21世纪后30年中的变化, 其主要结果如下:全球变暖导致夏季海-陆温差增大和冬季海-陆温差减弱, 进而使东亚季风环流在夏季加强, 冬季减弱. 江淮流域和华北地区的夏季降水量显著增强, 其后者的增强更为显著, 使得东亚季风区的夏季多雨区向北延伸. 东亚季风区9月份的降水量在两个方案中都显著增加, 说明在全球变暖条件下东亚季风区的多雨季节将延迟一个月. 华北地区降水量在7, 8和9月份的年际变率显著增强, 说明华北地区将经历比现在更大的降水年际差异, 遭受水灾的可能性要显著增大.     

晚渐新世-早中新世青藏高原隆升与东亚季风演化

晚渐新世-早中新世是东亚环境格局从行星风系气候格局向类似于现今的季风气候格局转变的关键时期。最新的地质证据表明,高原东北部在25～22 Ma发生了显著的构造抬升,与亚洲内陆荒漠和东亚季风系统起源的时间基本一致,支持气候模拟所揭示的东亚季风起源与青藏高原北部隆升的密切关系。     

冲绳海槽中部过去15 ka来浮游植物生产力和种群结构变化的生物标志物重建

生物标志物已经被广泛应用于重建海洋浮游植物生产力和种群结构变化. 本文将这种方法应用于冲绳海槽中部来重建冰消期至全新世浮游植物生产力和种群结构变化. 生物标志物总含量的变化表明冰消期海洋生产力高于全新世; 而生物标志物的相对比例变化显示浮游植物种群结构发生了改变, 冰消期期间颗石藻的相对比例下降, 而甲藻和硅藻升高. 冰消期初级生产力的增加与冬季季风加强有关. 另外, 相对低的海平面也会造成陆源营养盐输送增加. 陆源生物标志物(长链偶数正构醇)含量的增加也证明了陆源物质输送的增加. 同时, 冰消期期间营养盐输送的变化也改变了浮游植物的种群结构.     

中国东部季风区大气降水δ18O的特征及水汽来源

季风环流是水汽输送的重要载体, 它通过影响和制约大尺度水汽输送场的分布和水汽收支状况对季风区的降水产生影响. 对我国受季风影响最为显著的东部地区大气降水中稳定氢氧同位素的研究将有助于对季风降水机制的理解. 2005~2006年各月, 在中国大气降水同位素观测网络(CHNIP)位于该地区的17个观测站点进行了月大气降水样品的采集. 根据得到的274组稳定氢氧同位素组分所建立的局地大气降水线方程δD = 7.46δ18O + 0.90, 反应了该地区独特的局地气候特点. δ¹⁸O值由沿海向内陆地区逐渐贫化, 并且南部和东北地区δ¹⁸O值年内变化存在周期性. 不同地区影响降水同位素的气候因子不同, 由南向北, 温度效应逐渐增强, 降水量效应由全年存在变为只在主要降水期存在. 控制δ¹⁸O的地理因子存在差异: 南部和华北地区为高程, 东北地区是纬度. 此外, δ¹⁸O对季风的进退、雨带的移动以及台风/强热带风暴等强对流天气的运动路径有一定的示踪作用.