An Overview of Distribution Characteristics and Formation Mechanisms in Global Arid Areas

The ecological environment in arid areas is extremely fragile and especially sensitive to climate response. Continuous research on the climate and its impact mechanism in the arid zones is of great scientific significance for deeper understanding of the cause of climatic formation and better prediction of climate in arid regions. Some research progresses in recent decades both at home and abroad have been overviewed, including the distribution of arid areas, the causes of arid area climatic formation and arid area climate change. Studies have shown that AI index is an effective criterion for dividing arid areas. There are 8 major arid areas in the world; climatic formation in arid areas is the result of multiple factors; there are 6 kinds of influencing factors, such as Hadley Cell, land-air interaction and so on; the unlikely trend between dry and wet is obvious in arid areas, and some regions are facing more severe drought trends such as North Africa and China-Mongolia, while others show a trend of wetting such as the Midwest of the United States. At present, there are still some scientific problems to be solved urgently:The response of various arid regions to global warming is quite different, and climate prediction in these zones is both important and difficult; the uplift of the Qinghai-Tibet Plateau has a tremendous impact on the arid area of China-Mongolia, but the models of this field are not perfect enough; there are no accepted conclusions about the causes of climatic formation in different arid regions and the causes of their different wet and dry trends. At present, it is still impossible to quantitatively distinguish the relative contributions of various influencing factors in the climate evolution of drylands and their response processes.     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

我国西北夏季风边界千年尺度变化的证据--来自盐池和猪野泽盐类矿物分析结果

我国夏季风西北缘是响应长尺度气候变化最为敏感的区域之一, 但夏季风边界变化与千年尺度气候变化之间的关系尚不明确, 相关研究仍缺乏足够证据。夏季风西北缘湖泊沉积物中盐类矿物种类与含量的时空变化, 有助于推测气候变化特征。盐池和猪野泽分别位于祁连山北麓的河西走廊中段和东段, 是研究长时间尺度亚洲夏季风影响区西北边界变化的关键区域。研究全新世千年尺度下, 夏季风西北边界的变化对夏季风西北缘气候变化过程的影响, 对明确季风边缘区千年尺度季风变化机制, 预测未来长尺度气候变化有重要意义。因此, 本文选择盐池古湖泊盐池剖面(YC), 猪野泽青土湖01、02剖面(QTH01、QTH02)等三个剖面, 开展全新世千年尺度下, 亚洲季风西北边界地区湖泊沉积物盐类矿物时空变化对比研究。结果显示:QTH01、QTH02剖面盐类矿物以碳酸盐为主, 硫酸盐类矿物仅零星出现, 而YC剖面硫酸盐类矿物含量相对较高, 同时出现了氯化物型矿物, 全新世气候特征整体较猪野泽更为干旱。末次冰期和早全新世, 三个剖面受季风输送水汽影响明显, 碳酸盐类矿物能较好沉积, 季风边界在这一时期向北扩张, 推进到祁连山中段地区;中全新世QTH01、QTH02剖面受夏季风影响减弱, 湖泊退缩, 碳酸盐类矿物含量达到峰值, YC剖面则表现出极端干旱的气候特征, 硫酸盐类矿物因“盐效应”含量下降, 此时夏季风西北部水汽输送边界位于石羊河流域和盐池流域之间;晚全新世盐池和猪野泽均以风成沉积为主, 气候干旱, 碳酸盐类矿物难以保存, 硫酸盐和氯化物矿物含量出现高值, 说明夏季风西北边界进一步向南迁移。综上所述, 盐类矿物含量变化能良好反应夏季风西北缘全新世气候变化特征, 同时证明, 在全新世千年尺度上, 夏季风西北边界在盐池流域和石羊河流域之间存在变化。     

Synchronism of Holocene East Asian monsoon variations and North Atlantic drift-ice tracers

Eighteen radiocarbon-dated eolian and paleosol profiles within a 1500-km-long belt along the arid to semi-arid transition zone of north-central China record variations in the extent and strength of the East Asian summer monsoon during the Holocene. Dated paleosols and peat layers represent intervals when the zone was dominated by a mild, moist summer monsoon climate that favored pedogenesis and peat accumulation. Brief intervals of enhanced eolian activity that resulted in the deposition of loess and eolian sand were times when strengthened winter monsoon conditions produced a colder, drier climate. The monsoon variations correlate closely with variations in North Atlantic drift-ice tracers that represent episodic advection of drift ice and cold polar surface water southward and eastward into warmer subpolar water. The correspondence of these records over the full span of Holocene time implies a close relationship between North Atlantic climate and the monsoon climate of central China.     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

青藏高原雪盖对亚洲季风影响研究进展

资料分析和数值模拟均表明,青藏高原作为一个特殊的抬高了的下垫面,其上雪盖面积和积雪日数等的异常均与亚洲夏季风的强弱及起讫有关．雪盖面积大、积雪日数多的年份,亚洲季风弱且爆发迟,推进慢;雪盖面积小、积雪日数少的年份,亚洲季风强且爆发早,推进快．但也存在不同的看法     

贵州荔波地区2000年来石笋高分辨率的气候记录

通过对荔波董哥洞石笋进行高精度的ICP MS或TIMS U系测年和碳、氧同位素分析,建立了荔波地区2 300a B.P.来高分辨率的古气候变化的时间序列。研究结果表明,贵州荔波地区2 300a B.P.以来石笋记录的季风气候变化,大致可分为8个气候(亚)期:① 2 300～1 800a B.P.为降温期,显示东亚夏季风减弱,东亚冬季风增强,气候干旱寒冷;② 1 800～1 080a B.P.气温有所回升,显示东亚冬季风缓慢减弱,东亚夏季风有所回升,表现为半湿润的温凉气候期;③ 1 080～680a B.P. 为降温期,气温再次下降,显示东亚冬季风再次增强,但降水相对增大,表现为寒冷湿润的气候期,是气候变化的关键转折时期;④ 680～550a B.P.温暖期,显示东亚夏季风再次增强,气温升高,降水增大,表现为温暖湿润的气候期。⑤ 550～400a B.P.寒冷期,显示东亚冬季风快速增强,气温下降,表现为寒冷湿润的气候环境,是近1 000年以来最冷的时期;⑥ 400～364a B.P.温凉期,显示东亚夏季风有所增强,气温有所回升,表现为温凉湿润气候环境;⑦ 364～324a B.P.冷凉期,显示东亚夏季风有所减弱,气温有所下降,表现为冷凉湿润气候环境;⑧ 324a B.P.至今,气候相对波动期,同位素记录曲线呈锯齿状波动,在其内包括若干个冷凉半湿润、冷湿的气候变化亚阶段。根据荔波董哥洞石笋的高分辨率的古气候变化的连续记录,揭示了荔波地区2 300a B.P.以来的一些百年尺度的重大气候事件——干旱寒冷期、隋唐温暖期(或小温暖期)、小寒冷期以及一些十年尺度的降水、温度变化。石笋记录的这种百年、十年尺度的突发性气候变化事件,与冰芯记录极为相似,反映低纬度地区石笋记录的季风气候与高纬度及北极地区的气候具有极好的相关性,这对于认识现代气候系统变化以及对未来十年—百年尺度的气候预测和演化的驱动机制,具有重要的科学意义。     

三门峡地区末次盛冰期至全新世早期的古季风事件

通过三门峡地区小刘寺剖面黄土- 古土壤序列磁化率曲线和粗颗粒组分含量曲线的研究,发现它们分别指示的夏季风和冬季风变迁在末次冰消期向全新世转变时的新仙女木事件中显示不同的变化特征。夏季风的加强过程对应于冬季风的大幅度波动,气候为凉湿背景上的冷湿与暖湿振荡。冰后期的早期为全新世第一暧期。夏季风强盛对应于冬季风衰弱的湿暖气候,它由夏季风锋面降水的穿时性所决定,在华北地区为全新世适宜期。8 kaBP 前后为夏季风偏弱对应于冬季风偏强的干冷气候,是具有普遍意义的全新世第一冷期。这3 次古季风事件可与格陵兰冰芯记录进     

黑海西北部多瑙河峡谷北侧陆坡沉积特征及其与古气候的关系

【研究目的】在末次冰期，全球气候变化以千年尺度的快速、大幅度温度波动旋回为特征，这种波动变化在两极冰芯、深海沉积、中国黄土和洞穴石笋等诸多地质样品中均有记录。黑海位于北大西洋与东亚季风区过渡带，具有极有代表性的沉积记录。本文旨在通过对黑海沉积序列的研究，建立起其区域环境变化与北大西洋及东亚季风气候域气候变化的联系。【研究方法】研究对取自黑海西北部罗马尼亚陆坡区多瑙河峡谷北侧GAS-CS12钻孔的长22.0 m的岩芯样品，进行了粒度、矿物成分、主量元素、有机碳、总氮及碳氮同位素等分析。【研究结果】揭示出该段岩芯沉积于末次冰期中后期“Neoeuxine”湖相阶段，可划分为5个沉积单元，对应于北大西洋H4、H3、H1气候变化事件、末次冰盛期（LGM）及Bolling-Allerod气候变暖事件。【结论】建立起了其沉积序列及区域环境变化与北大西洋及东亚季风气候域气候变化的联系，印证了末次冰期千年尺度的气候变化事件在北大西洋、东亚季风区及两者过渡带上具有高度的一致性。创新点：建立了黑海西北沉积序列与区域环境变化的关系；补充了北大西洋与东亚季风区两者过渡带上气候波动事件的可靠时标。     

East Asian monsoon instability at the stage 5a/4 transition

The physics involved in the abrupt climate changes of the late Quaternary have eluded paleoclimatologists for many years. More paleoclimatic records characteristic of different elements of the global climate system are needed for better understanding of the cause-feedback relationships in the system. The East Asian monsoon is an important part of the global climate system and the mechanical links between the East Asian monsoon and other climatic elements around the world may hold a key to our knowledge of abrupt climate changes in East Asia and probably over a larger part of the globe. Previous studies have detected millennial-scale winter monsoon oscillations during the last glaciation and probably also during the last interglaciation in loess sequences across China. However, less attention has been paid to the abrupt summer monsoon changes and the stage 5a/ 4 transition, an important period for the evolution of the East Asian monsoon when the global climate shifted towards the last glaciation. Here we report on two loess sections from eastern China which were dated using a thermoluminescence (TL) technique. The pedogenic and other sediment parameters suggest that the summer monsoon experienced a two-step abrupt retreat at the stage 5a/4 transition. The variations in the proxies for the winter monsoon are synchronized with the summer monsoon proxies during this brief interval, implying a direct and immediate link between high latitude and low latitude mechanisms. These changes may be correlated with similar climatic oscillations observed in the North Atlantic, Europe and Antarctica, raising the possibility that the forcing factors that induced these changes are global in extent.     

三大自然区过渡地带近50年来气候类型变化及其对气候变化的响应

The transition area of three natural zones (Eastern Monsoon Region, Arid Region of Northwest China, Qinghai Tibet Plateau Region) is influenced by the Asian monsoon and middle latitude westerly circulation because of its special geographical position. And it is more sensitive to global climate change. The Koppen climate classification, which is widely used in the world, and the accumulated temperature-dryness classification, which is usually used in China, were used to study the climate zones and changes in the region of longitude 97.5°~108°E, latitude 33°~41.5°N, from 1961 to 2010. The changing areas of each climate zone were compared to the East Asian Summer Monsoon index, the South Asian Summer Monsoon index, the Summer Westerly index, the East Asian Winter Monsoon index, the Plateau Summer Monsoon index, the North Atlantic Oscillation index, the Southern Oscillation index, NINO3.4 index, to explore the response of the transition area of three natural zones to each climate system. According to the results, this region will become wetter when the Summer Westerly or the East Asian Winter Monsoon is relatively strong. When the East Asian Summer Monsoon or the South Asian Summer Monsoon becomes strong, the climate in low altitude region of the study area will easily become drier, and the climate in high altitude region of the study area is easily to become wetter. When the Plateau Summer Monsoon is relatively strong, the climate in the study area will easily become drier. When the North Atlantic Oscillation is relatively strong, the study area will easily become wetter. And when the El Niño is relatively strong, or the Southern Oscillation is relatively weak, the study area will easily become drier. In general, the moisture status of this region is mainly controlled by the middle latitude westerly circulation. The enhancement of the Asian summer monsoon could increase the precipitation in the southeast part of this regional, but, according to the degrees of dryness and the types of climate change in this paper, warming effects could offset precipitation increasing and make the area drier. The transition area of three natural zones is influenced by multiple interactions of climate systems from East Asia. A single climatic index, such as air temperature or precipitation, can not completely represent the regional features of climate change. As a result, areas of climate zones can be used as an important index in the regional climate change assessment.     

轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟:历史与展望

轨道尺度亚洲气候演化是古气候热点问题之一,其变化过程和机理对理解当前全球变暖下亚洲气候变化具有重要参考意义。最近几十年,基于黄土、石笋、湖泊等载体的轨道尺度亚洲气候重建研究获得显著进展,气候演化历史的基本框架已被构建,不同区域和指标记录之间的差异暗示了气候演化机理的复杂性。数值模拟作为研究气候动力学的重要工具之一,在轨道尺度亚洲气候变化中也得到广泛应用和快速发展。基于此,本文尝试对最近十数年轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟研究做一简单总结和梳理。目前的数值模拟尚未对地质记录给出的各种变化特征、区域差异等现象,尤其是东亚夏季风的黄土和石笋差异、季风和干旱气候的耦合关系等,给出合理解释。因此,在未来工作中亟须涵盖多轨道旋回的高分辨率瞬变试验,结合良好定年的重建记录,以期对轨道尺度亚洲气候变化机理获得更深入完整的认识。     

末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

近13万年来黄土高原干湿气候的时空变迁

第四纪时期，黄土高原粉尘物质的搬运、沉积及其后的成土过程受控于干湿气候的变化。对黄土高原这一特定地区而言，风成沉积序列在地域上的差异主要与东亚地区的季风环流在时间和空间上的变化有关。本文的研究揭示出，近１３万年里，最为显著的成壤期有６期，与这６个成壤期对应的时段也应当是夏季风环流加强、气候温湿的时期；在空间上，全新世适宜期及末次间冰期中与深海氧同位素阶段５ａ，５ｃ，５ｅ对应的时期，夏季风足可以深入到毛乌素沙漠腹地，并具有占优势的环境效应。在阶段３的早、晚期及５ｂ时期夏季风虽然也能深入沙漠－黄土边界带，但其环境效应在黄土高原北部及毛乌素沙漠南缘已不再显著。在阶段２、阶段４及阶段３的中期夏季风已不能深入沙漠－黄土边界带。     

渤海湾盆地东部中新世馆陶组古植物群及其古气候分析

通过孢粉图谱的绘制及孢粉数据的统计分析，得出渤东地区馆陶组植物孢粉在地层上的组合特征及气候演化特点.主要表现为：乔木层的演化分为两个阶段，馆陶组早期（孢粉组合带Ⅲ、Ⅳ）——针叶树为主的混交林；馆陶组晚期（孢粉组合带Ⅰ、Ⅱ）——落叶林含有许多亚热带成分.统计发现馆陶组湿生植物明显多于旱生植物，喜热植物明显多于喜温植物，具有典型的亚热带季风气候特点.挑选典型孢粉计算得到S/A、E-T两个参数，详细地刻画了样品点间的气候变化，证明馆陶组气候波动频繁，气候以湿热为主.     

渤海湾盆地东部中新世馆陶组古植物群及其古气候分析

通过孢粉图谱的绘制及孢粉数据的统计分析,得出渤东地区馆陶组植物孢粉在地层上的组合特征及气候演化特点.主要表现为：乔木层的演化分为两个阶段,馆陶组早期（孢粉组合带Ⅲ、Ⅳ）——针叶树为主的混交林;馆陶组晚期（孢粉组合带Ⅰ、Ⅱ）——落叶林含有许多亚热带成分.统计发现馆陶组湿生植物明显多于旱生植物,喜热植物明显多于喜温植物,具有典型的亚热带季风气候特点.挑选典型孢粉计算得到S/A、E-T两个参数,详细地刻画了样品点间的气候变化,证明馆陶组气候波动频繁,气候以湿热为主.     

内蒙古半干旱草原气候生态相互作用问题——IMGRASS计划初步结果

IMGRASS计划 (内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用 )旨在通过野外实验、过程分析和数值模式研究理解中纬度半干旱草原气候生态相互作用中的多种时空尺度和多种物理化学生物学过程的作用 ,以及人类活动的影响。文中介绍部分与全球变化和人类活动相关的初步研究结果 ,主要是 :(1)冬季风、大区域地表环境和本区地形的结合对浑善达克沙地在长时间过程形成的作用 ;(2 )夏季风、本区地形和植被对本区夏季降水的水汽通道和降水分布有重要作用 ;(3)实验区内不同类型地表与土壤表现出明显不同的地气交换通量特征与不同的边界层结构 ;(4 )草原温室气体 (N2 O ,CH4 ,CO2 )收支的定量测量与过程研究表明 ,温带草原N2 O源强较IPCC 2 0 0 1报告估计值偏低 ,而草原CO2 收支表现出很强的变动性 ;(5 )人类活动干预下的草原退化与恢复演替表现出该区域普遍的规律与对气候的依赖 ,提供可持续发展的人类对自然草原放牧强度的阈值。     

汉江上游I级河流阶的形成及对东亚季风 变化的响应

对郧县—白河段汉江Ⅰ级河流阶地上风成黄土的沉积学、理化性质、地球化学和年代学进行了系统研究。结果表明,汉江Ⅰ河流阶的形成不晚于25 ka BP;黄土具有马兰黄土(L1)→过渡黄土(Lt)→古土壤(S0)→全新世黄土(L0)→表土(TS)的地层序列,与渭河谷地的黄土地层序列完全可比;25~11.5 ka BP,冬季风强盛,气候冷干,从11.5 ka BP开始,冬季风逐渐减弱,气候开始向暖湿方向逐步转化,从8.5 ka BP开始,夏季风达到了末次冰期结束后的鼎盛时期,3.1 ka BP前后,东亚季风格局发生变化,夏季风减弱,重新进入一个相对干冷的时期,而人类活动对地表的影响形成了表土;汉江上游谷地黄土记录的末次冰期后季风逐渐加强、中全新世季风强盛、随后季风衰退和气候变干的夏季风演变模式与渭河谷地黄土的记录高度一致,与邻区石笋和泥炭记录的季风变化趋势也有良好的可比性,但与石笋/泥炭记录的夏季风强盛期的起始时间(9.3~4.2 ka BP)并不完全一致。     

The Younger Dryas Event and Holocene Climate Fluctuations Recorded in a Stalagmite from the Panlong Cave of Guilin

Comprehensive studies on a stalagmite from the Panlong cave, Guilin, have shown that the isotopic records and sedimentary characteristics can reflect the changes of both palaeotemperatures and palaeorainfall, that is to say, it is possible to get some information about the changes in climate of the area from the speleothem. The results suggest that: (1) the Younger Dryas event might have persisted in the area from 11 300 to 10 800 a B.P.; (2) from 9000 to 7000 a B.P., the climate got warmer and wetter, and the summer monsoon was gradually enhanced; (3) from 7000 to 4500 a B.P., the climate was warm and wet, and the summer monsoon prevailed; and (4) from 4500 a B.P. on, the summer monsoon was weakened and the modern climate pattern appeared, but there were several cold and dry periods, namely, from 4000 to 2500 a B.P., ca. 2400 a B.P. and < 1000 a B.P.     

漓江流域末次冰期以来气候环境变化研究进展

为更好地认识漓江流域过去气候环境变化,更好服务于漓江流域未来气候环境预测、生态环境建设及资源环境可持续发展,本文对漓江流域末次冰期以来的气候环境研究现状进行了总结和综述。总结了年代学、现代过程研究、古气候环境重建和古人类演化方面的进展及存在的问题,并对下一步的研究方向进行了分析和探讨。希望能促进华南地区过去气候环境变化研究,并对经济社会可持续发展提供借鉴和参考,助力桂林可持续发展创新示范区建设。