南沙ODP1143站有孔虫同位素变化对地球轨道驱动的响应

1143站5 Ma有孔虫稳定氧、碳同位素记录揭示了南海南部上新世至更新世气候变化在斜率和岁差周期上对地球轨道驱动的线性响应. 赤道太平洋地区频繁爆发的厄尔尼诺现象可能与氧、碳同位素相对于地球轨道驱动呈相反相位相关. 北极冰盖在3.3 Ma的扩张可能影响了气候变化100 ka周期的发展, 它的进一步扩张可能导致该周期成为晚更新世冰期旋回的主要周期. “中更新世转型”事件对南沙海区同位素变化的影响具有局限性. 1143站有孔虫的碳同位素在长偏心率周期上与地球轨道驱动高度相关, 且在短偏心率周期上领先于氧同位素的变化, 这进一步突显了碳循环在全球气候变化中的重要地位.     

古里雅冰芯中末次间冰期以来气候变化记录研究

通过对古里雅309m冰芯上部268m的研究,重建了末次间冰期以来的气候环境变化.根据对古里雅冰芯 δ~(18)O的研究,可以清楚地划分出阶段1(冰后期)、2(末次冰期冰盛期)、3(末次冰期间冰阶)、4(末次冰期早冰阶)和5(末次间冰期).阶段5又可分出a,b,c,d,e 5个亚阶段.古里雅冰芯δ~(18)O记录明确地显示了青藏高原温度变化和太阳辐射的密切关系.研究表明,太阳辐射是驱动青藏高原气候变化的主要因子.古里雅冰芯记录与北极格陵兰冰芯和南极Vostok冰芯的对比研究表明,这些相距遥远、不同地区冰芯所记录的大的冷暖事件变化是一致的.但不同地区气候变化幅度是不一致的.青藏高原地区变化幅度大于北极地区和南极地区.     

末次冰期青藏高原的气候突变--古里雅冰芯与格陵兰GRIP冰芯对比研究

通过对古里雅冰芯的研究和与格陵兰GRIP冰芯的对比 ,探讨了末次冰期青藏高原的气候突变事件 .冰阶 间冰阶变化以及反映大范围气候变化的 7次暖事件 (BrΦrump ,Odderade,Oerel,Glinde ,Hengelo ,Denekamp ,BΦlling) ,在两冰芯中都有一致的反映 .但古里雅冰芯记录有一系列独具的特征 .古里雅冰芯中气候由暖变冷的速率及气候变化幅度都大于格陵兰GRIP冰芯记录 .古里雅冰芯记录的另一显著特征是 ,在距今 18～ 3 5ka时 ,出现了一系列时间尺度在 2 0 0a左右的循环 ,其中温度变幅超过 7℃的升温事件 2 2次 ,超过 7℃的降温事件 2 0次 ,而温度变幅在 3℃以内的升温、降温事件达 10 0多次 .研究表明 ,不同的因子对不同时段的气候突变起作用 .冰阶 间冰阶尺度的气候由暖变冷的突变是由太阳幅射变化驱动并经青藏高原积雪面积变化放大作用导致的 ,而更短时间尺度的气候突变是太阳活动和季风相互作用的结果 .     

近130ka中国黄土磁化率气候记录与南极冰芯气候记录

黄土高原中部的陕西泾阳、旬邑黄土剖面具有高分辨率气候记录,记录了130ka 以来的气候波动,一些细微的气候波动也被记录下来。位于大陆的黄土磁化率气候记录可以与南极冰芯气候记录对比。结果表明:Lorius 与 Jouzel 等将冰芯同位素曲线划分为 A、B、C、D、E、F、G、H 冷暖阶段,可与黄土磁化率气候曲线划分的1、2、3、4、（5、6、7）、8,9、10冷暖阶段对比。其中冰芯记录所反映的 A、C、E、G（或黄土记录反映的1、3、5、6、7、9）为暖阶段:B、D、F、H（2、4、8、10）为冷阶段。总之,黄土磁化率记录曲线与冰芯气候记录曲线的形态极为相似,指示了黄土高原地区的大陆气候变化与极地气候变化同受全球变化的影响。这证明了极地冰量变化与东亚大陆冬、夏季风强弱变化,是全球气候变化在极地与大陆的两种表现形式。黄土记录的气候变化时间滞后于冰芯记录,可能暗示着大陆气候变化滞后于极地气候变化。     

青藏高原北部马兰冰芯记录的近千年来气候环境变化

根据青藏高原北部可可西里马兰冰芯记录, 重建了该地区1129A.D.以来的气候环境变化. 马兰冰芯中δ¹⁸O记录表明, 近千年来该地区暖季气温呈上升趋势, 20世纪升温在其自然变化范围之内, “中世纪暖期”和“小冰期”在该冰芯记录中均有表现. 在该冰芯记录时段内, 最暖的世纪是17世纪, 最暖的年代是1610 s. 马兰冰芯中污化层厚度比率是沙尘天气发生频率的良好指标, 据此建立了该地区近870 a来沙尘天气发生频率的变化过程, 并发现该冰芯记录的沙尘天气发生频率变化与气温变化之间在10¹~10² a时间尺度上存在显著的负相关关系. 通过对青藏高原北部相关冰芯、树轮等记录的综合分析, 揭示出温湿气候时期沙尘天气发生频率较低, 而冷干气候时期沙尘天气发生频率较高. 近200 a来沙尘天气发生频率呈现明显减少趋势.     

达索普冰芯积累量记录和过去400 a来印度夏季风降水变化

达索普冰芯恢复的积累量指示了过去400 a来的西南季风降水的变化. 积累量与青藏高原温度在年代际时间尺度上有较好相关性. 积累量的准两年周期变化与欧亚雪盖面积变化有很大相关性, 这意味着热带和中纬度地区气候变化存在相互作用. 青藏高原温度与海温也与达索普积累量变化存在相关性. 陆海热力对比加大和减弱是达索普积累量变化的一个直接原因. 这一因素影响降水的长期趋势. 积累量在1921年左右发生的突变是青藏高原-海面温度热力对比加大的直接结果.     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

宁金岗桑冰芯不溶性微粒的岩石磁学性质及其环境意义

冰芯中所含不溶性微粒与大气粉尘沉降过程密切相关,是重建气候环境变化的良好载体.本文对宁金岗桑冰芯（56m,公元1864～2007年）样品中不溶性微粒进行了系统的岩石磁学研究.结果表明,不溶性微粒的载磁矿物以低矫顽力、准单畴颗粒的磁铁矿为主.在过去的144年中,磁性矿物的粒径无显著变化.但是其含量（饱和等温剩磁指标）变化以～1980年为界,之前变化稳定,之后显著增多.这一现象与青藏高原及北半球的气温变化在大的趋势上具有良好的相似性.我们认为磁性颗粒的增加与气候变暖有着一定的关系.其可能的机制是：在大的时间尺度上,气候变暖导致的冰川退缩和局地气候不稳定使得冰芯中含有磁性矿物的大颗粒物质增多,而与年降水变化相关的沙尘天气频率相关性较弱.因此,青藏高原冰芯不溶性微粒的饱和等温剩磁可能在趋势上反映了气候变暖,为研究该区大气粉尘的沉降过程提供新参数.     

青藏高原冰芯过去100年δ18O记录与温度变化

以羌塘高原普若岗日冰原钻取的213 m冰芯中记录为基础, 研究了过去100年来δ¹⁸O变化所反映的这一地区的温度变化. 结合已获取的青藏高原南部的达索普冰芯、西北部的古里雅冰芯和东北部的敦德冰芯, 综合研究了青藏高原温度变化的区域差异. 结果表明, 青藏高原不同地区冰芯中δ¹⁸O变化各有特点, 特别是南、北差异和东、西差异十分明显. 但4根冰芯记录均反映出过去100年来δ¹⁸O增加的趋势, 说明过去100年来青藏高原在不断变暖. 将δ¹⁸O记录所反映的青藏高原温度变化、青藏高原气象记录的温度变化同北半球温度变化比较研究发现, 这些记录所反映的过去100年总体变暖趋势是一致的.     

冰室-(超)温室气候动荡期湖平面演化及天文轨道气候作用

湖平面变化是影响陆相湖盆沉积与资源赋存、陆地碳收支及环境生态演化的重要因子.湖平面波动受气候作用明显,早侏罗世处在冰室、(超)温室气候动荡期,发生了全球性大洋缺氧(托阿尔期,～183Ma)和气候变冷等极端气候事件(普林斯巴赫期,～185Ma).为研究气候动荡背景下湖平面演化及地球表层水循环和调控机制,选取柴达木盆地早侏罗世湖相连续沉积记录,采用岩石粉末色度(CIE b*)序列开展米兰科维奇旋回分析,建立了基于东特提斯陆相沉积记录的早侏罗世天文年代标尺(～174.2Ma至～190.9Ma),通过沉积噪声模型重建盆地相对湖平面变化曲线,发现5～10Myr尺度湖平面变化响应于长趋势气候演化及极端气候事件; 1～2.5Myr尺度湖平面波动显著受控于天文轨道气候作用(～2.4Myr偏心率和～1.2Myr斜率周期).其中,普林斯巴赫期～1.2Myr湖平面周期波动与全球海平面呈“同相位”共变,～1.2Myr斜率周期通过控制极地地区存在的间歇性或永久性冰盖生长和消亡影响全球海平面及湖平面升降;托阿尔期～1.2Myr湖平面波动与全球海平面呈“反相位”关系,在(超)温室气候期极地地区不存在明显冰盖情况下,...     

青藏高原达索普冰芯2 ka来温度与甲烷浓度变化记录

通过对喜马拉雅山达索普冰芯气泡中包裹气体的提取分析和对冰芯中氧同位素分析, 讨论了近2 ka来达索普冰芯记录的温度与大气甲烷浓度的变化. 结果表明, 该冰芯中d 18O记录所反映的温度变化事件与青藏高原北部的敦德冰芯记录的气候事件及中国东部乃至北半球的温度变化趋势十分相似, 近百年来的升温趋势同中世纪暖期时的升温趋势基本一致; 自工业革命以来, 达索普冰芯气泡中记录的甲烷浓度呈快速的增长趋势, 与全球大气甲烷浓度的变化趋势一致. 工业革命以前, 达索普冰芯记录的大气中甲烷浓度在825 nmol·mol-1上下波动, 是目前青藏高原大气中CH4浓度(2000±100 nmol·mol-1)的40%左右. 与南极及格陵兰同时代的冰芯记录相比, 达索普冰芯中记录的CH4浓度要高出15%~20%左右, 而且达索普冰芯甲烷浓度具有更强的波动性, 这种波动与温度变化关系紧密.     

气候变化的天文理论

地球气候变化在１０～１００ｋａ（千年）的时间尺度上表现出规则的周期性,它们主要受轨道日射变化控制,并能被很精确地计算到几百万年。根据Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ创立的天文理论,轨道变化是通过改变日射的季节分布和纬度分布来影响气候的。黄赤夹角４１ｋａ的周期改变日射的纬度分布,而气候岁差以１９ｋａ和２３ｋａ的两个周期改变日射的季节分布。作为对轨道日射变化的响应,全球气候在１０～１００ｋａ的时间尺度上按照气     

轨道尺度的亚洲夏季风演变:“困惑”与探索

亚洲夏季风影响着亚洲大陆数十亿人口.半个世纪以来,亚洲夏季风研究取得了许多重要成就,但一些科学问题依然有待深入探索.这其中包括轨道时间尺度的两个难题:(1)中国黄土的磁化率序列显示亚洲夏季风变化以冰期-间冰期~100kyr周期为主,而中国石笋氧同位素(δ18O)序列则以~20kyr岁差周期为主,两者主导周期的差异成为了悬而未决的"中国的100kyr周期问题";(2)亚洲大陆石笋δ18O序列与许多海洋沉积记录在岁差波段上的显著相位差异,是争议已久的"海-陆岁差相位的困惑".应当如何解答这些难题呢?首先,伴随着轨道尺度数值模拟的不断发展,岁差波段上降水量和风场变化在亚洲夏季风广大区域中的不均匀性及其区域模态差异逐渐明朗,不同气候记录的分歧在很大程度上可能只是这种降水和风场空间不均一性的体现.其次,不同记录载体有其固有的优势和局限,而此间差异则部分反映了这些局限性.总体而言,亚洲夏季风的黄土、海洋和石笋记录之间并不存在相互否定的关系,而是具有互补性;它们各自刻画了亚洲夏季风动力学系统的不同方面.因此,从整体季风系统的视角审视这些记录,能够基本解释亚洲季风的"中国的100kyr周期问题"和"海-陆岁差相位的困惑"这两个科学难题.     

藏高原雪冰电导率与降水碱度以及大气粉尘载荷变化的关系

对青藏高原小冬克玛底冰川和古里雅冰帽上的数个雪坑和浅冰芯的观测,得出其碱度(OH-)剖面、雪坑和冰芯的液态电导率(EC)变化与OH-之间呈良好线性相关(r≥0.8).分析表明,无论在季节、年际或百年际时间尺度上,EC与OH-间的相关性以及EC与可溶离子总量(TDS)间的相关程度是大致相当的.EC的波动主要取决于粉尘来源的碱性盐类(尤其Ca2+)的变化.因此,EC参量运用到深冰芯研究中,可反映历史时期大气粉尘载荷的变化,对反演沙漠演化、大气环流有重要意义.古里雅冰芯记录表明,大气粉尘的中、长期变化可能取决于气候参量的组合特征"冷-干"气候阶段粉尘量上升,EC和OH-值高;"暖-湿"阶段粉尘量下降,EC和OH-值低.20世纪初以来,随着藏北高原气候呈现暖湿化趋势,大气粉尘载荷明显下降.因此,EC可作为显示大气尘埃载荷变化的宏观标尺,是气候波动的"指示器".     

中全新世以来东亚夏季气温对轨道强迫时空响应不一致的模拟研究

基于一个海-气耦合模式FOAM（the Fast Ocean Atmosphere Model）在轨道强迫下对过去6 ka气候变化的瞬变模拟结果,本文分析了中全新世以来东亚地区夏季气温对日射变化的响应特征.研究发现,东亚地区夏季气温对日射响应具有时空不一致性：相对于现代,6 kaB.P.时北半球夏季日射偏强,东亚地区地面气温却未普遍偏高,而是约以35°N为界,北方显著偏暖,南方气温变化不明显甚至有微弱冷却.自6 ka B.P.至今,东亚40°N以北的中、高纬陆地夏季气温大致呈线性降低趋势,以南的低纬陆地夏季气温则呈量级较小的“U”型变化,即气温在约3 kaB.P.附近达最低值,前3 ka为降温趋势,后3 ka为升温趋势.这与一些地质记录反映的气温变化相一致.中全新世以来东亚夏季气温演变的时空不一致性,可能源自因海陆热力惯性不同所引起的气温对日射响应的差异.热容量较小的东亚高纬大陆夏季气温主要响应7月份日射;而热容量较大的海洋对日射的响应通常会滞后约2个月,其夏季气温主要响应5月份日射.受海洋影响,南方陆地夏季气温对日射响应呈现出与海洋相似的特点.在岁差周期上,5、6、7月份日射间的相位差相对于较长轨道时间尺度较不明显,但在相对较短的近6千年时期内,它们相继出现波谷而呈显著趋势差异,从而导致了中全新世以来东亚夏季气温变化的时空差异.正如有学者所指出的,夏季气温变化对应的可能并非同季节日射强迫,考察轨道强迫的气候响应时,如何选择日射标尺至关重要,否则可能混淆“因果”.     

地球自转角速度长周期变化对太阳轨道运动特征的一种响应机制

地球自转角速度的季节性和年变化的成因已达成基本共识,但更长时间尺度的周期性变化成因尚无定论,它们或归因于太阳活动、日月引潮力、地壳反弹、大气圈波动或行星摄动的影响等.直至目前,地球自转变化的规律和机制还没有完全弄清楚.研究发现:根据行星会合指数(K)标定太阳轨道运动特征的方法是可行的.通过对行星会合指数(K)的FFT检测发现太阳轨道运动周期与前人研究的地球自转日长(LOD)变化周期具有极强的相关性.太阳轨道运动在受到行星系统力矩作用的同时,致使近日行星轨道运动受到太阳引力作用的波动影响而产生扰动.受太阳巨大引力作用的牵制,导致地球轨道角动量和太阳轨道角动量的变化具有正相关关系.根据地球轨道角动量和自转角动量之和守恒,进而推断地球自转角速度的变化对太阳轨道运动特征的响应,这在思想方法上是一种突破.     

青藏高原东北部柴达木盆地古湖泊沉积物正构烷烃记录的MIS3晚期气候变化

通过对青藏高原柴达木盆地察尔汗古湖泊贝壳堤剖面254cm湖相沉积物中正构烷烃的分析,结合现有的湖相记录资料,探讨了柴达木盆地察尔汗湖区39.7～17.514CkaBP(校正年代为43.5～22.4cal.kaBP,相当于深海氧同位素第3阶段晚期)之间湖泊演化规律.在湖泊演化的不同阶段,正构烷烃呈现了不同的分布模式,体现了研究区植被变化及水文条件的改变.正构烷烃代用指标(CPIh,ACLh和Paq)与同纬度地区夏季太阳辐射量变化趋势一致,揭示了夏季太阳辐射是青藏高原地区气候变化的重要驱动力,间接影响了湖泊的演化.另一方面CPIh,ACLh与孢粉总浓度以及格陵兰冰芯气泡甲烷浓度变化趋势吻合,响应了气候快速变化的Dansgaard-Oeschger(DO)旋回,说明MIS3晚期察尔汗湖区气候相对暖湿阶段具有不稳定性.本次研究是青藏高原气候变化受控于夏季太阳辐射来自古湖泊沉积物分子化石的最新证据.     

青藏高原雪冰电导率与降水碱度以及大气粉尘载荷变化的关系

对青藏高原小冬克玛底冰川和古里雅冰帽上的数个雪坑和浅冰芯的观测，得 出其碱度（ＯＨ－）剖面、雪坑和冰芯的液态电导率（ＥＣ）变化与ＯＨ－之间呈良好线性相关 （ｒ≥０．８）。分析表明，无论在季节、年际或百年际时间尺度上，ＥＣ与ＯＨ－间的相关性以 及ＥＣ与可溶离子总量（ＴＤＳ）间的相关程度是大致相当的。ＥＣ的波动主要取决于粉尘来 源的碱性盐类（尤其Ｃａ２＋）的变化。因此，ＥＣ参量运用到深冰芯研究中，可反映历史时期 大气粉尘载荷的变化，对反演沙漠演化、大气环流有重要意义。古里雅冰芯记录表明， 大气粉尘的中、长期变化可能取决于气候参量的组合特征：“冷－干”气候阶段粉尘量 上升，ＥＣ和ＯＨ－值高；“暖－湿”阶段粉尘量下降，ＥＣ和ＯＨ－值低。２０世纪初以来，随 着藏北高原气候呈现暖湿化趋势，大气粉尘载荷明显下降。因此，ＥＣ可作为显示大气尘 埃载荷变化的宏观标尺，是气候波动的“指示器”。     

慕士塔格冰芯中微粒的粒度记录

通过慕士塔格海拔6350 m高度处冰芯中微粒的粒度和粒径分布特征的分析, 初步获得了该支冰芯所反映的大气粉尘搬运与沉积特征. 在数量上, 细颗粒(<5 μm)占主要成分; 而在体积分布上, 粗颗粒有重要的贡献, 而且高浓度样品的粒径－体积关系符合对数正态分布特征, 具有比格陵兰冰芯样品更大的体积众数粒径和标准偏差; 但是部分低浓度样品的体积分布特殊, 不符合这一特征. 慕士塔格冰芯的粒度记录反映了高海拔近源区粉尘的沉积特点, 与远源沉积的极地冰芯存在差别.     

利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a~(-1).解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.