黄土高原洞穴石笋记录的8.2kaB.P.气候突变事件

随着人们对全新世气候演变研究在中国不同气候区的广泛开展,逐步建立了大量不同分辨率的古气候代用指标序列,已表明了中国全新世气候环境演变不是一个单一、稳定的变化过程,曾多次被突变气候事件所干扰[1～4].其中,发生于8.2kaB.P.前后的冷干事件(简称"8.2ka事件")是早全新世最为显著的一次气候突变事件.该气候事件已在格陵兰、北大西洋、东欧、加勒比海等地区和相关沉积中得以证实[5～7].近年来,人们经常把亚洲季风区内获得的早全新世气候代用指标的异常与格陵兰"8.2ka事件"[7]联系起来,有的直接论述其记录与"8.2ka事件"的联系[2～4,8～10].     

全新世北大西洋冷事件：年代学和气候影响

回顾了全新世北大西洋冷事件的研究,重点分析年代学和气候影响。首先,综合北大西洋8个深海沉积序列13种不同指标反映的冷事件,证明Bond等(1997)的研究是有代表性的。全新世的9次冷事件,由近及远编号 0～8,出现于0.4kaB.P.,1.4kaB.P.,2.8kaB.P.,4.2kaB.P.,5.9kaB.P.,8.1kaB.P.,9.4kaB.P.,10.3kaB.P.和11.1kaB.P.。其次,从早全新世到晚全新世逐一地综述了9次冷事件出现时间及气候影响。发现与冷事件对应的气候异常,主要表现为北半球高纬寒冷、低纬亚非季风区干旱。也有迹象表明出现冷事件时西－中欧及北美北部气候湿润。最后分析了冷事件的成因。早全新世冷事件可能与融冰淡水脉冲有关,中－晚全新世太阳活动减弱可能是冷事件发生主要原因,但不排除有气候系统内部振荡的影响。
      

亚洲中部干旱区全新世气候变化的西风模式* ——以新疆博斯腾湖记录为例

位于受西风环流显著影响区的我国最大内陆淡水湖——新疆博斯腾湖提供了全新世亚洲中部干旱区气候变化的可靠记录。对该湖钻探岩芯、沉积年代以及孢粉、碳酸盐含量、粒度等代用指标分析结果表明,末次冰消期到全新世早期湖泊干涸,风砂沉积盛行,气候干旱;约8cal.kaB.P.以来现代湖泊形成,气候相对湿润,其中,约6.0~1.5cal.kaB.P.期间代用指标A/C值指示的流域湿度增加,盘星藻指示的湖泊深度最大,全新世最湿润时段发生在中晚全新世。博斯腾湖记录的早全新世干旱和中晚全新世湿润的气候框架得到中亚其他较高分辨率湖泊记录的支持,具有普遍性。亚洲中部西风影响区这一全新世气候变化框架与亚洲季风区早中全新世夏季风强盛、中晚全新世季风衰落的变化模式显著不同,具有近似反相位(out of phase)变化特征。广大中亚内陆干旱区中晚全新世湿润气候不大可能是东亚季风深入内陆造成的,更可能是通过西风环流与高纬度北大西洋相联系,其驱动机制需要更深入研究。     

巴丹吉林沙漠全新世环境记录的年代校正与古气候重建

巴丹吉林沙漠地处东亚夏季风区的西北缘,是认识东亚季风演变及其区域响应的窗口.文章在系统研究前人工作的基础上,对环境记录的年代进行了新的校正,并重建了全新世环境演变的历史.分析结果显示,巴丹吉林沙漠在早全新世开始出现高湖面,早中全新世在湖区广泛出现高湖面和淡水环境并在沙漠东北缘发育了古土壤,晚全新世时湖泊水位下降,沉积地层以风成砂为主.巴丹吉林沙漠全新世环境变化总体上可分为3个阶段:晚更新世末至早全新世初气候干旱;在10.0cal.kaB.P.左右气候由干向湿快速变化,并在8.5～4.0cal.kaB.P.期间气候最为湿润,但同时存在短期的十湿波动;4.0cal.kaB.P.以来气候总体干旱,但在2.2cal.kaB.P.左右出现短期的湿润.巴丹吉林沙漠全新世气候变化反映了该地区在早全新世东亚夏季风降水明显增强,中全新世季风降水较强,晚全新世季风降水减弱,同时具有短时期的不稳定性.10.0cal.kaB.P.以来巴丹吉林沙漠气候总体由湿润向干旱变化,应与北半球全新世以来太阳辐射的持续减弱有关.     

中全新世时期我国西南风气候季节演变的数值模拟结果分析

利用CCSM3海洋-大气耦合模式模拟结果,探讨了中全新世（6kaBP.）我国东部西南风气候的季节演变规律。结果表明,6kaBP.我国东部南风最早于1月出现在 20°～25°N区域,此后逐渐增强,到秋季转为北风。随着南风强度从春季到夏季的强化,南风同时向北和向南扩展。我国东部西风于1月出现在 23°～34°N,之后也逐渐加强,并于 6～8月发生北跳,9月开始转为东风。这些特征与当今西南风爆发进程相类似,不过也存在一些显著差异,尤其是在夏季。与当今气候相比,6kaBP.强南风建立时间偏晚,夏季我国东部西南风强度偏强,南风向北扩展更明显。这与6kaBP.东亚大陆和西太平洋之间更大的热力差异以及西南涡和西太平副热带高压的加强有关。研究还表明6kaBP.西南风异常可进一步导致我国东部夏季降水增加和雨带偏北。     

基于中等复杂地球系统模式的全新世 气候突变事件模拟试验*

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P. 和4.2kaB.P. 的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC ( Earth-system Models Intermediate Complexity) MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。     

中全新世云南寻甸地区气候演化过程及其驱动机制初步研究

通过对云南寻甸仙人洞XR1石笋进行TIMS-U系测年、氧碳同位素、有机碳含量分析,重建了寻甸地区中全新世季风气候演化模式:(1)8.0～6.0kaB.P.为温暖湿润期;(2)6.0～5.1kaB.P.为气候突变期,气候由温湿变为冷干;(3)5.1～2.1kaB.P.为凉干期。通过石笋有机碳含量与石笋δ18O记录对比,认为石笋有机碳可以反映气候变化,但是存在滞后效应。最后,利用XR1石笋δ18O记录与北半球33°N太阳辐射量,本文初步分析了云南寻甸地区中全新世气候变化的驱动因素:寻甸地区中全新世气候的整体变化趋势受33°N太阳辐射量控制,同时受中全新世火山活动的影响。      

新疆罗布泊地区32.0～9.1kaB.P.期间的孢粉记录及其古气候古环境演化

新疆罗布泊地区罗北洼地CK­2钻孔的孢粉记录揭示出： 32.0～9.1kaB.P. 植被演替明显,气候干湿波动显著; 晚冰期向全新世过渡期间,气候波动频繁且具突变性。31.98～19.26kaB.P.罗布泊地区处于末次冰期的盛冰期阶段,气候寒冷湿润,冷暖波动频繁,但幅度不大,研究区植被以草原－荒漠草原为主; 19.26～13.67kaB.P. 气候明显变为温暖干燥,植被以荒漠为主; 13.67～12.73kaB.P.气候冷湿偏干,植被以草原－荒漠草原为主; 12.73～9.14kaB.P.气候冷湿与暖干交替频繁,波动幅度较大,植被逐渐由荒漠向草原－荒漠草原过渡。其中, 16.45～15.39kaB.P.,14.27～13.67kaB.P.和 11.74～11.23kaB.P.之间的冷颤动分别相应于老仙女木、中仙女木和新仙女木事件; 15.39～14.27kaB.P.和 12.73～11.74kaB.P.之间的暖期则分别对应于欧洲博令和阿勒罗得暖期; 新仙女木事件后的气候具有突变性的特点,10.49kaB.P.前后的暖事件和9.14kaB.P.前后的冷事件,成为全新世早期气候变化的显著特征。孢粉浓度和花粉组合所反映的罗布泊地区晚冰期以来的气候演化同全球性的气候事件具有显著的可比性。     

红原泥炭腐殖化度记录的全新世气候变化

腐殖化度作为气候代用指标首次用于我国泥炭的古气候研究，较好的记录了红原地区全新世的气候变化。对红原泥炭^14C测年和腐殖化度分析，获得了距今12000年较高分辨率红原地区气候变化记录：11．815—10．9lkaB．P．，气候干冷：10．9—5．6kaB．P．，气候温暖；5．6—3．9kaB．P．，气候干冷；3．9—1．7kaB．P．，气候干冷、湿暖波动；1．7—0kaB．P．，气候干冷。总体而言，大约5．6kaB．P．是红原地区由早中全新世的温暖气候向晚全新世干冷气候变化的转折点。同时，红原泥炭记录的降温事件在北半球具有普遍性，反映了青藏高原对全球气候变化的响应。     

6kaB.P.东亚区域气候模拟及其变化机制探讨

中全新世是地质历史上最近的温暖时期。文章利用包含较详细陆面过程的区域气候模式,通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区古植被,模拟了6kaB.P.东亚季风气候,并研究了植被变化对东亚气候的影响。由区域气候模拟得到的较高分辨率的气候演变图像表明6kaB.P.太阳辐射季节循环增大,高纬度地区积雪、海冰减少,极地海洋升温,导致冬季大陆冷高压减弱,使中国冬季温度降低幅度大大减小。模拟中加入恢复的古植被造成地表反照率减小,使得冬季进一步升温,这不但突破了PMIP众多模拟的东亚6kaB.P.冬季降温的局限,而且使模拟温度变化的季节特征与古地质资料更为吻合。中全新世东亚大陆全年升温导致东亚夏季风强盛、冬季风减弱;降水及有效降水增加,降水带向西、向北扩张。与PMIP模拟相比,由于模式分辨率的提高,该工作模拟出了中国东部区域性降水增加的特征并得到了较为精细的气候变化空间分布。     

我国北方农牧交错带的环境演变

中国北方农牧交错带在１０～８．５ｋａＢ．Ｐ．经历了三次阶段性增暖后进入全新世暖期。８．５～８．０ｋａＢ．Ｐ．和４～３．５ｋａＢ．Ｐ．暖期的开始与结束事件中降水变化落后于温度变化３００～５００ａ；暖期盛期时的年均温较现代高２～３℃，降水多１００ｍｍ左右；暖期中存在多次短期寒冷事件，年均温最冷时较现代低３℃以上。３．５ｋａＢ．Ｐ．以来冷干趋势之上叠加着大致由３００ａ稳定与５００ａ波动构成的约８００ａ的周期性变化。全新世暖期原始农业文化的阶段性发展与暖期内环境波动相对应；暖期结束时发生了由农业向牧业文化转换的事件；暖期以后的冷干期为农牧交错文化时期，农业经济随冷干程度的变化而兴衰     

近40a来江河源区生态环境变化的气候特征分析

利用月气象资料,对过去40a江河源气候变化特征进行分析,并与全球、全国、青藏高原进行了比较.结果表明:江河源区气温具有增暖趋势,近40a两地年平均气温分别增加约0.8℃和0.7℃,为高原异常变暖区.黄河源区变暖的主要特征是最低气温变暖,日照时数增加;最低、最高气温的显著变暖,以及较黄河源区增加更长的日照时数是长江源区变暖的主要特征.长江源区冬季变暖的作用不是主要的,春季、夏季和秋季的变暖作用比冬季还要大;黄河源区的变暖也并不主要是冬季变暖造成的,秋季变暖的作用与其相当,其它季节的变暖作用也不能忽视.近40a来江河源区降水量略有增加,主要体现在20世纪80年代中后期以来春季与冬季降水量的明显增加,夏季降水量虽然总体上没有明显变化,且局地夏季降水量呈持续减少趋势.与全球、全国以及高原区对比显示,江河源区对全球气候变暖的响应最敏感,变暖首先从长江源和整个高原发端,之后15a.黄河源和全国才进入显著温暖期.黄河源与长江源北部降水量的增加表明,气候变暖有利于高原增加降水量.     

猪野泽记录的季风边缘区全新世中期 气候环境演化历史*

通过季风边缘区石羊河古终端湖猪野泽QTL剖面年代学及沉积物粒度、碳酸盐、有机碳、碳氮比和有机质稳定同位素等多项气候代用指标的综合分析,建立了季风边缘区9~3cal.kaB.P. 的古气候演化序列。结果表明,9cal.kaB.P. 到7.8cal.kaB.P. 期间,流域的水分条件和温度逐渐上升,植被状况好转,此时气候逐渐转暖湿;而在7.8~7.5cal.kaB.P. 出现了显著的百年尺度的干旱事件,沉积物主要以砂质沉积为主,此时湖泊生产力显著下降;全新世期间最为暖湿的气候适宜期出现在7.5~5.0cal.kaB.P.;约5.0cal.kaB.P. 以来,该区域出现了较为明显的干旱化趋势。另外,对猪野泽地区的白碱湖的湖泊地貌学和年代学研究表明该区域在7.5~5.0cal.kaB.P. 出现了3次高湖面,并且湖岸堤时序变化指示了全新世后半期湖泊逐渐退缩的过程进而指示该区域出现了显著的干旱化趋势。     

中国主要江河径流变化成因定量分析

变化环境下中国主要江河实测径流量发生了较为明显的变化，科学理清径流变化原因是流域水资源评价和管理的重要基础工作。基于中国七大江河代表性水文站1956—2018年的实测径流量资料，诊断了变化环境下水文序列的变异性特征；采用水文模拟途径，定量评估了不同驱动要素对径流变化的影响。结果表明：①淮河、长江和珠江实测径流量变异性特征不明显，相比而言，北方主要江河实测年径流量系列存在较为明显的突变性，但最显著的变异点发生时间存在差异，变异前后降水径流关系发生较大变化。② RCCC-WBM模型能够较好模拟中国南方湿润区和北方干旱区江河天然径流量过程，该模型可以用来还原人类活动影响期间的天然径流量。③总体来看，人类活动对中国北方江河径流量的影响大于气候变化的影响，气候变化是中国淮河及其以南江河径流变化的主要原因。     

中国主要江河径流变化成因定量分析

变化环境下中国主要江河实测径流量发生了较为明显的变化,科学理清径流变化原因是流域水资源评价和管理的重要基础工作。基于中国七大江河代表性水文站1956-2018年的实测径流量资料,诊断了变化环境下水文序列的变异性特征;采用水文模拟途径,定量评估了不同驱动要素对径流变化的影响。结果表明:①淮河、长江和珠江实测径流量变异性特征不明显,相比而言,北方主要江河实测年径流量系列存在较为明显的突变性,但最显著的变异点发生时间存在差异,变异前后降水径流关系发生较大变化。②RCCC-WBM模型能够较好模拟中国南方湿润区和北方干旱区江河天然径流量过程,该模型可以用来还原人类活动影响期间的天然径流量。③总体来看,人类活动对中国北方江河径流量的影响大于气候变化的影响,气候变化是中国淮河及其以南江河径流变化的主要原因。     

上新世中期中国气候的数值模拟分析

使用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式,曾就上新世中期(距今约3百万年前)气候进行过数值模拟试验,在已有针对全球气候进行分析的工作基础上,集中研究了该地质时期我国气候的变化特征。数值试验结果表明,除了青藏高原地区由于地形海拔高度变化而引起的局地冷却现象以外,上新世中期我国约100°E以东地区地表气温上升4～8℃,升温中心位于江淮流域下游地区; 该经度线以西地区地表气温升幅相对要弱一些,在1～4℃之间。上新世中期年均降水在我国东部地区显著减少,平均减幅在0.5mm/天以上,特别是在长江中游地区; 新疆北部、青海和西藏大部年均降水略有增加,而新疆中部和南部年均降水略有减少。在对流层低层,上新世中期东亚冬季风系统减弱,夏季风系统总体上略有减弱; 在对流层中层,冬季东亚大槽显著减弱,夏季中高纬度地区500hPa位势高度升高。在以上结果中,上新世中期我国气候相对于现在偏暖、东亚冬季风强度减弱得到了代用资料的支持。     

青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系研究

利用青藏高原72个站逐日积雪、冻土观测资料,AVHRR归一化植被指数（NDVI）和全国550个站逐日降水资料,分析了青藏高原陆表特征与中国夏季降水的关系。结果表明,我国夏季降水在华北和东北南部,长江中下游和华南地区降水空间一致性较好,相邻站点间降水变化趋势近似。华南、长江中下游和淮河降水呈增加趋势,其中长江中下游每10年增加37 mm,但华北降水呈减少趋势。华南、长江中下游和华北对高原积雪、冻土和植被的变化均较为敏感,而淮河仅对高原植被变化较为敏感。利用高原积雪、冻土和植被建立了代表高原地表特征的变化序列,其对长江中下游、淮河、华北夏季降水均有较好指示意义,与夏季降水的相关系数由南到北表现为"负-正-负"的分布特征。最后,提出一种高原陆表状况影响中国夏季降水的概念模型：高原冬春积雪偏多（少）、冬季冻土偏厚（薄）、春季植被偏多（少）会使得夏季高原地区土壤湿度偏大（小）,高原地表感热偏弱（强）,从而使得南亚高压和西太副高偏弱（强）,南海季风偏弱（强）,长江流域降水偏多（少）,华南和华北地区降水偏少（多）。     

Climatic causes of ecological and environmental variations in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China

In the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers of China, glaciers, frozen ground, the hydrological system, and alpine vegetation have changed over the past decades years. Climatic causes of these variations have been analyzed using mean monthly air temperature and monthly precipitation between 1956 and 2000, and monthly evaporation from φ20 evaporation pans between 1961 and 1996. In the source region of the Yangtze River, lower temperature and plentiful precipitation during the 1960s and continuing into the early 1980s triggered a glacier advance that culminated in the early 1990s, while a robust temperature increase and precipitation decrease since 1986 has forced glaciers to retreat rapidly since 1995. Permafrost degradation is another consequence of the climatic warming. The variations in the hydrological system and alpine vegetation are controlled mainly by the climate during the warm season. Warmer and drier summer climate is the major cause of a degradation of the vegetation, desiccation of the high-cold marshland, a decrease in the areas and numbers of lakes and rivers in the middle and north source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, and a reduction in surface runoff in the source region of the Yangtze River for the last 20 years. The causes of eco-environmental change in Dari area, near the outlet from the source area of the Yellow River, are different from those elsewhere in the study area. A noticeable reduction in runoff in the source region of the Yellow River and degradation of alpine vegetation in Dari area are closely related to the permafrost degradation resulting from climate warming.     

两大江河流量的半世纪变化与“南水北调”

根据最近50余年资料研讨黄河、长江月平均流量的特征，揭示其若干演变规律。分析得出：长江中下游多年平均年流量约为黄河的20倍。初夏（6月）时，则接近50倍。黄河的大流量主要集中出现于 7～10月，这4个月平均月流量为全年的14.5%，其它8个月平均为 5.25%；长江流量自 5月起逐渐增加，5～10月平均月流量占全年的12.0%，其它各月平均为4.67%。最近50余年来，黄河中下游流量在1968年以前主要为正距平；1969-1985年基本正常；1986年起一直为负距平；加上人为因素，致使下游流量剧减迅猛，以致90年代以来连年有断流出现。长江中下游流量在1953-1955年为显著正距平；然后缓慢下降；90年代以后回升，1997年以后迅速上升，并出现几次大洪水。总之长江水源比黄河丰富且较稳定，黄河流量近10多年来则是贫瘠且多变。南水北调既是需要又有可能，尤其对解决北方春旱更为有利。