西藏纳木错全新世沉积物的环境磁学参数变化机理

青藏高原的高分辨环境记录对于理解全球气候与环境变化至关重要.湖泊沉积物的磁学参数能够记录沉积环境和古气候信息.纳木错是西南季风过渡区大湖的典型代表,前人在该湖开展了大量地球化学、微体化石、沉积学和生物化学分析,极大地推动了该区古气候环境的重建工作.但迄今为止,还缺乏对纳木错湖泊沉积物系统的环境磁学研究.因此,本文选取纳木错湖芯NC08/01孔全新世以来(11.3calkaBP)的湖泊沉积物进行详细的岩石磁学与环境磁学研究,结合地球化学指标,在明确的气候背景下探讨该湖沉积物磁性参数的变化机制.结果表明,纳木错全新世沉积物的磁性参数受到陆源磁性矿物输入、还原溶解作用和磁细菌活动的共同影响.根据各磁学参数系统的变化趋势,可将该研究段样品分为3段:第Ⅰ段(236～199cm,11.3～7.8calkaBP)主要载磁矿物为粗颗粒磁铁矿,粒度均一,含量较高,并与Ti含量呈正相关关系,指示该段磁性矿物受后期溶解作用影响较小,其含量主要反映物源输入信息;第Ⅱ段(198～102cm,7.8～2.1calkaBP),磁性矿物颗粒变细,含量明显降低.在该段,湖面下降,水动力减小,进而输入的磁性矿物粒径也减小,容易受到后期溶解作用的影响;第Ⅲ段(101～0cm,2.1～0calkaBP),磁性矿物以生物成因单畴磁铁矿和陆源碎屑成因磁铁矿为主,磁性颗粒含量的变化与Ti含量不相关.以上结果表明,在弱还原环境中,湖泊沉积物磁性矿物的保存状态及磁学性质与其初始粒径密切相关.通过对磁性矿物信息的系统研究(包括粒径和含量变化等)并结合陆源输入指标(如Ti含量),能够较为准确地反映湖泊环境氧化还原程度的变化.以上结果为正确解译该湖沉积物的环境磁学指标提供了基础.     

中国中、东部全新世气候适宜期与东亚夏季风变迁

有关中国全新世气候适宜期的研究报道颇多,但年代差别较大,并多将它与北欧全新世的大西洋期对比。作者根据自己的工作并回顾了有关文献,感到大多数作者多从气温变化角度确定全新世适宜期,较少从湿度进行考虑。属东亚季风区的我国中、东部的夏季风降水,尤其是与此密切相关的区域性有效湿度(降水量-蒸发量),是决定季风区生态环境较气温更为显著而敏感的因素,对这一人口最稠密地区的生态环境演变具有重要作用。因此,对于有别于北欧的中国季风区而言,似应注意从降水和有效湿度角度研究适宜期。     

阿拉善高原中全新世干旱事件的湖泊记录研究

中国国内普遍流行的观点认为, 中国中全新世是一个夏季风盛行的温暖湿润时期, 称作全新世“最宜期”或“大暖期”. 内蒙古西部阿拉善高原的湖泊沉积和湖泊地貌则显示了一种相反的状况, 这一区域中全新世气候干旱, 黑河的终闾湖泊居延泽、石羊河的终闾湖泊潴野泽和腾格里沙漠东缘的头道湖均经历了湖泊缩小或干涸过程, 时代为距今7000 ~ 5000日历年. 潴野泽高分辨率(50年)的孢粉记录显示, 季风边缘区的石羊河流域, 特别是祁连山地的植被发生显著衰退, 降水减少. 中全新世的干旱事件存在于现代夏季风边缘区的较大范围, 包括阿拉善高原、鄂尔多斯高原、内蒙古高原中东部, 甚至黄土高原南部, 指示了东亚夏季风在全新世期间的一次大衰退. 中全新世东亚夏季风衰退期间气候寒冷, 这在青藏高原及其周边山地尤为明显.     

华北北部中全新世降温气候事件与古文化变迁

通过对太师庄泥炭^14C测年、孢粉和氧同位素分析,获得了6-3kaBP较高分辨率的环境演化记录：5.7-5.4kaBP环境冷湿;5.4-4.8kaBP温暖湿润;4.8-4.2kaBP气候发生突变,出现降温事件,植被稀少;4.2-3.3kaBP温暖干燥,太师庄泥炭记录的降温气候事件在北半球有普遍性。气候突变事件对古文化变迁产生了较明显的影响。     

全新世早期强降温事件的古里雅冰芯记录证据

根据古里雅冰芯记录，揭示出全新世早期存在两次低温事件，并且其发生年代（9．4和8．2kaBP左右）与全新世早期北大西洋的两次冰筏事件年代相一致。其中后一代低温事件（即“８．２kaBP冷事件）”极为显著，并表现出迅速降温、缓慢升温的明显特征，最冷时降温幅度达７．８－10℃，大于格陵兰冰芯记录中该冷事件的降温幅度。这反映了青藏高原地区对于气候变化的敏感性。弱的太阳活动和弱的热盐环流是“8．2kaBP冷事件”发生的关键原因。     

全球变暖与中国极端气候事件变化

极端天气气候事件(以下简称极端气候事件),是指一个地点或地区发生概率较小的天气气候现象,又称异常天气气候事件.极端气候事件往往可以造成很大的危害.其中,高温(热浪)、低温(寒潮)、暴雨洪涝、少雨干旱、台风和沙尘暴等常能造成严重的自然灾害,引起人员伤亡和经济损失.     

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.     

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.     

湖光岩玛珥湖高分辨率孢粉记录揭示的早全新世适宜期环境特征

通过对广东湛江湖光岩玛珥湖B孔顶部8~0.6 m岩芯较高分辨率的孢粉分析, 揭示了该区全新世植被、气候变化的历史: 早全新世(约11600~7800 cal a BP), 木本植物花粉含量为56.0%, 其中热带木本植物花粉含量占优势, 最多的时期发生在9500~8000 cal a BP左右, 达到木本植物花粉的60.2%, 反映气候热暖潮湿; 中全新世(7800~4200 cal a BP), 热带-亚热带植物花粉含量明显下降, 而草本植物和山地针叶植物花粉含量增加, 指示了中全新世温度下降; 晚全新世4200 cal a BP开始, 草本植物和山地针叶植物花粉明显增多, 揭示出晚全新世湖光岩地区温度、湿度明显下降. 研究结果表明, 中国南方热带-亚热带地区高温湿润的全新世适宜期发生在早全新世(9500~8000 cal a BP), 与全球低纬地区全新世气候变化格局一致. 初步认为, 全新世早期, 在岁差周期的控制下, 北半球较强的太阳辐射驱动了热带辐合带(ITCZ)和副热带锋面季风降水带同时向北推移, 造成中国热带低纬度地区早全新世最适宜期. 湖光岩地区中晚全新世气候干旱趋势和气候波动除了与北半球夏季太阳辐射强度减弱有关外, 可能与该时期ENSO的活跃也有一定的联系.     

中国东海北部晚全新世表层海水温度变化

采用长链烯酮不饱和度法(U k'37)构建了中国东海北部涡漩泥质区距今3600年以来海水表层温度(SST)高分辨率变化曲线, 结合对季风波动敏感的粒度组分变化曲线, 探讨了东海北部古海洋环境变化. 距今3600年来的环境演化可以划分为5个阶段: Ⅰ期降温阶段, 距今850年以来, 冬季风较强, 存在“小冰期”, 温度最大降幅2℃; Ⅱ期波动升温阶段, 距今1900~850年, 平均升温幅度0.8℃, 存在隋唐温暖期, 响应的时间在距今850~1350年间, 距今1400年的降温事件比较明显; Ⅲ期降温阶段, 距今2550~1900年, 处于南极冰芯记录曲线上一个缓慢降温到快速升温的完整周期, 降温幅度达0.9℃; Ⅳ期相对平稳略有升温阶段, 距今3200~2550年, 处于南极冰芯记录气温波动升温期, 升温幅度仅有0.3℃; Ⅴ期相对平稳略有降温阶段, 距今3600~3200年, 对应南极冰芯记录的波动降温阶段. 5个周期性阶段与南极冰芯记录的气候周期比较吻合, 全球降温一般比较缓慢, 陆架海SST基本上能够同步调整.     

中国东部1960~2008年夏季极端温度与极端降水的变化及其环流背景

中国东部极端气候事件及其变化与东亚夏季风和相应的环流密切相关.本文使用奇异值分解方法研究了中国近50年极端温度与极端降水事件频率的关系.1980~1996年,主要的分布型为中国东部的北侧地区极端高温日数较少而极端降水日数较多,其南侧地区极端高温日数较多对应极端降水日数较少;这种空间分布自1997年起呈反向变化,即较少的极端高温日数和较多的极端降水日数发生在长江以南地区,以北地区相反.通过分析1997年前后两个时间段的大气环流的年代际差异,可以得出我国东部北侧/南侧的中层异常高/低压,高层异常东/西风,减弱的东亚夏季风及位于30°N,110°E对流层高层的冷中心都有利于极端高温与降水事件频率的这种协同变化.     

RegCM3对中国21世纪极端气候事件变化的高分辨率模拟

基于RegCM3区域气候模式对21世纪气候变化的连续模拟,在对当代模拟能力检验的基础上,对中国区域未来极端气候事件的变化进行了分析.模拟中RegCM3所使用的水平分辨率为25km,初始和侧边界场由MIROC3.2_hires全球模式结果提供,积分时间为1951～2100年.所使用的极端气候事件指数包括SU(夏季日数)、FD(霜冻日数)、GSL(生长季长度)3个温度指数和SDII(日降水强度)、R10(日降水量≥10mm日数)、CDD(连续干旱日数)3个降水指数.结果表明,模式在可较好地再现中国地区当代地面气温和降水空间分布及数值的同时,对各项极端气候事件指数也有较好的模拟能力.未来随着中国区域的明显升温和降水变化,暖事件指数SU和GSL都将增加,冷事件指数FD则将普遍减弱;以SDII和R10反映的强降水事件指数也基本呈增加趋势,其中R10指数在东北大部和青藏高原中部减弱,其他除长江中下游部分地区外普遍加强,而CDD则在北方明显缩短,在青藏高原和四川盆地到中国南部增加.从区域平均各指数的21世纪变化看,除CDD变化不大外,其余指数变化均表现出随时间增大的趋势.     

CMIP5模式对21世纪末中国极端降水事件变化的预估

利用CMIP5耦合模式结果对RCP4.5和RCP8.5情景下的中国降水和东亚大气环流未来演变特征进行了预估研究.结果表明,到了21世纪末,中国年降水量将显著增加.其中,中雨、大雨和暴雨发生频次都明显增加,强度增强,而毛毛雨发生频次在全国范围内明显减少.中国西北地区年降水量的增加主要是由于小雨增加的结果;东北和华北地区中雨的增加对年降水量增加的贡献最大;南方地区年降水量的增加主要是由于大雨和暴雨显著增加的结果,而小雨表现为负贡献.对东亚地区大气环流变化的分析表明,在全球变暖背景下,东亚夏季风环流在增强,而且大气层结不稳定性也在增加,这些都为中国降水和极端降水事件的增加提供有利背景条件.     

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.     

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.     

三维副热带高压强度指数及对中国东部雨带异常表征的改进

西太平洋副热带高压(副高)是位于对流层中下层的深厚环流系统,其位置和强度的年际差异直接决定着东亚气候的异常.但现有副高参数定义均囿于500 hPa单层及5880 gpm这一特定阈值,造成副高强度指数不能很好表征我国东部雨型特征尤其是长江流域的旱涝.统计结果表明,东亚副热带夏季风强度与同期各层位势高度的显著负相关性随经度自西向东有明显的自高层向低层下传的特征.在西太平洋暖池区,最显著的负相关区位于对流层中低层,且500 hPa的相关系数明显弱于700和850 hPa,表明东亚副热带夏季风的强度更容易受到低层副高强度异常的影响.因此本文分析了不同季节西太平洋副热带地区该阈值在各格点的代表性,发现基于该阈值定义有很大的局限性和季节差异,由此从副高空间结构特征重新定义了一个新的三维副高强度指数,即(10°~30°N,110°~150°E)区域1000~500 hPa各层位势高度标准化值累积值,并和两种传统的副高强度指数对比,发现新的三维副高强度指数无论是对副热带夏季风还是对长江中下游降水异常的表征均有明显提高.虽然3种副高强度指数都能反映出和东部降水最强正相关位于长江中下游这一基本特征,但仅有本文定义的三维强度指数与之相关性可通过显著性检验,这主要是因为三维副高强度指数比其他两种指数能更好反映东亚热带和副热带地区经、纬向水汽输送的异常.     

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     

中等强度ENSO对中国东部夏季降水的影响及其与强ENSO的对比分析

选取1979年以来6次主要ENSO事件, 并按其强度划分为强和中等强度, 合成分析了ENSO对东亚夏季风和中国东部夏季降水的影响, 发现ENSO的影响随夏季季节进程有明显变化, 6月影响较弱而8月影响最强, 这显示ENSO的影响有很长的滞后效应. 此外, 强ENSO造成的环流和降水异常强度大, 影响开始的时间也较早, 而中等强度ENSO的影响在8月才较为明显. 同时, 中等强度ENSO年的合成结果显示, 中国东部夏季降水为北方型, 这也与经典的ENSO型降水分布有很大差异. 在合成分析的基础上, 选取2个相似的中等强度ENSO年(1995和2003年)做进一步的对比分析, 发现在6~7月期间, 亚欧大陆中高纬度环流和南半球环流的变化可在相当程度上调制东亚夏季风环流对中等强度ENSO的响应, 并进而在中国东部形成不同的降水分布. 与1983年的强ENSO事件对比表明, 强ENSO不仅造成中国东部夏季降水异常, 而且能进一步控制其他因子对东亚夏季风的影响, 这与中等强度ENSO是不同的.