硅藻生物多样性对千年尺度气候突变的快速响应:以云南云龙天池湖泊末次冰消期记录为例

湖泊是全球生态系统的重要组成部分。尽管湖泊初级生产力的生物多样性在湖泊生态系统中发挥着非常重要的作用,但对其如何在千年时间尺度上对气候变化做出响应却知之甚少,而千年时间尺度与预测未来变化最为相关。本文以云南云龙天池湖泊为研究对象,以湖泊重要的初级生产力硅藻为研究手段,分析了末次冰消期期间硅藻生物多样性对千年尺度上气候变化的响应。云龙天池硅藻生物多样性表现为暖期高、冷期低。随着全球温度的快速变化,硅藻生物多样性亦对应的快速响应:在转暖时(Bolling/Allerod暖期)快速增加,在转冷时(Herinrich 1和Younger Dryas)快速降低。这些变化主要与温度变化驱动的湖泊环境条件的变化(比如冰封期长短、边岸带水生植被的变化等)有关。研究结果还表明,在末次冰消期期间,云龙天池湖泊硅藻生物多样性与千年尺度的气候变化同步,而且在长时间尺度上,气候变暖对高山湖泊生物多样性可能是有利的。     

末次冰消期东亚季风区西北缘气候快速变化事件

通过对中卫剖面和米浪沟湾剖面的年代学与高分辨率气候地层记录的研究,认为末次冰消期东亚季风区西北缘发生气候快速变化事件,它可分辨出古仙女木、波令、老仙女木、阿勒鲁德、IACP和新仙女木等6个气候阶段,并可与格陵兰冰心(GISP2)检出的6个气候阶段相对比。气候快速变化事件以快速变化、不稳定、多波动为特征,表现为冷干-暖湿-冷干-凉湿-暖干-冷干-冷湿的交替变化。冰消期冬、夏季风有较为复杂的消长关系,冰阶时二者互为消长,间冰阶时并不完全互为消长。冬季风在波令和阿勒鲁德暖期较新仙女木冷期强盛,这是北半球高纬度海区海冰面积在暖期缩小、冷期扩大而影响亚洲大陆蒙古一西伯利亚高压暖期增强、冷期减弱的结果;夏季风则与格陵兰冰心δ^18O的变化具有一致性,其强弱与北半球高纬地区有紧密联系,这种联系可能不是通过季风锋面降水带建立起来的,而可能是海冰面积变化导致厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)爆发造成的。     

我国中低纬度末次冰消期气候转暖 与高纬度气候变化的关系*

末次冰消期转暖的过程和机制一直是古气候研究的热点,然而对于末次冰消期全球气候在时间、空间上的变化以及热带低纬度地区在其中发挥的作用仍不明确。文章根据我国中低纬度地区的湖光岩玛珥湖、渭南黄土剖面和东海DGKS9603孔沉积物中的植硅体等环境指标的分析,研究了末次冰消期在这些地区的变化特点,并结合古里雅冰芯和南京葫芦洞石笋氧同位素记录与南极BYRD冰芯、北极格陵兰GRIP冰芯氧同位素记录进行了对比。结果表明,各地区转暖的时间并不同步,明显受印度洋季风或东南季风影响的古里雅、湖光岩地区是气候转暖较早的地区,格陵兰地区的快速转暖滞后于我国中低纬度转暖1.5~2.0ka以上。如何理解高纬度和热带低纬度地区气候转暖的差异性问题及其原因和机制有待于更多高分辨率气候记录研究和模型的检验。     

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     

末次冰消期以来赛里木湖沉积记录的气候突变

末次冰消期以来的气候突变事件的时空变化特征及其区域响应是古气候环境变化研究的重要内容,然而亚洲中部干旱区末次冰消期以来的气候突变记录较少,尤其缺少末次冰消期期间快速转暖过程的区域响应.本研究通过对位于亚洲中部干旱区的新疆西天山中部亚高山湖泊赛里木湖湖心采得的长300 cm的SLM2009钻孔沉积物的碳酸盐含量和粒度变化特征的分析,在 14 个 AMS 14C测年数据的基础上,探讨了末次冰消期约23. 4 cal. ka B. P.以来亚洲中部干旱区的气候突变事件记录及其区域响应过程.结果表明:赛里木湖湖心钻孔沉积物完整记录了 H1 ( 17. 5 ~ 15. 2 cal. ka B. P.)、 YD ( 12. 6 ~ 11. 7 cal. ka B. P.)冷事件以及 B-A ( 15. 2 ~12. 9 cal. ka B. P.)暖事件等末次冰消期气候突变事件以及全新世以来的10. 5 ka、 8. 2 ka、 5. 5 ka、 4. 2 ka、 2. 8 ka和小冰期冷事件,这与亚洲中部干旱区已有的气候突变事件记录相吻合,表明末次冰消期以来亚洲中部干旱区具有相似的气候突变演化模式.同时这些气候突变事件与高纬冰芯以及低纬石笋氧同位素记录的一致性则表明气候突变具有全球性影响,受相同的成因机制因素控制.     

云南腾冲青海湖泊沉积物物化参数的特点、环境意义及末次冰消期以来气候环境变化

根据对云南腾冲青海湖泊沉积钻孔样品的粒度特征、总有机碳、碳酸盐、磁化率及年代学分析测试,探讨了各指标的变化特点及其环境指示意义,指出了云南高原湖泊沉积物化指标的特殊性及其变化特点.在此基础上,重建了云南腾冲地区末次冰消期(15830a B.P.)以来沉积环境与气候干湿变化历史.通过青海沉积物年代序列的重建和综合各物化参数分析得出,云南腾冲地区自15830a B.P.以来总体呈现冷湿-温湿-暖干-温和偏干的气候演变过程,并可分为4个阶段,即15830～12790a B.P.气候温凉偏湿;12790～4680a B.P.为温暖湿润期,湖泊水位高,气候湿暖,降水多;4680～312a B.P.气候特征呈现出从温湿到暖干气候逐渐演化,降水减少,湖泊水位下降;312a B.P.以来气候特征为前期温和湿润,后期具有暖干化特征,反映了近几十年来全球气候变暖导致的气候变化趋势并叠加了研究区人类活动对区域环境的影响.     

末次冰消期滇西地区气候突变事件:湖泊孢粉记录

在末次冰消期总体持续增温的过程中,全球气候经历了一系列以"快速增温/降温"为主要特征的千-数十年尺度的突变事件.由于这些气候突变事件具有明显的高频特性,需要在全球范围不同地区开展更多高分辨率的古气候研究,用于进行突变事件的对比和机制的探讨.本研究对比滇西南腾冲青海湖、滇西北泸沽湖和高山湖泊天才湖约2万以来的孢粉、炭屑记录,揭示了中国滇西地区末次冰消期的植被演替与气候变化历史,探讨了末次冰消期存在的气候突变事件.结果表明,滇西地区末次冰消期开始转暖发生在约19 ka(1 ka=1000 cal. a B. P.);冰消期开始以后,滇西地区气候普遍依次在 17. 5±0. 5~15. 2±0. 1 ka期间、 15. 2±0. 1~14. 3±0. 1 ka期间、 14. 3± 0. 1~12. 9±0. 1 ka期间和12. 9±0. 1~11. 7±0. 2 ka期间存在冷干-逐渐变暖变湿-明显更暖湿-温度湿度略有下降等这几个突变事件,它们在时间上分别对应于H1冷事件、波令前增暖期、 B/A暖期和YD冷事件;滇西地区比较一致地在 11. 7±0. 2 ka进入全新世.除此之外,滇西北地区在约17. 7~17. 0 ka期间可能还存在一次短暂的较明显的暖湿期.对末次冰消期气候变化机制的探讨认为,末次冰消期开始转暖及以后逐渐增温的趋势主要受夏季太阳辐射量从约20 ka逐渐增加,到11 ka左右达到峰值的控制;而末次冰消期发生的气候突变事件如H1冷事件、波令前增暖期、 B/A暖期和YD冷事件主要是受大西洋温盐环流的影响,同时温室气体浓度的变化也起了重要的调制作用.     

LATE QUATERNARY HIGH LAKE LEVELS AND ENVIRONMENTAL CHANGES SINCE LAST DEGLACIAL IN DALIANHAI,GONGHE BASIN IN QINGHAI PROVINCE

干旱区晚第四纪已有较多高湖面与湖泊演化的报道和研究,对于认识区域环境变化有重要意义,但高湖面出现的时间尚存争议,高分辨率的气候环境记录仍相对缺乏.本文通过青海共和盆地达连海湖岸地貌考察和AMS 14C年代学研究,讨论达连海古湖晚第四纪高湖面出现的可能时间;并通过达连海DLH99孔岩芯年代和高分辨率代用指标,讨论高原东北缘末次冰消期以来的气候环境变化.达连海周围存在6级高湖面岸线或台地,14C测年结果显示,最低的两级湖岸堤形成于全新世,其余湖岸台地年代均老于44cal.kaB.P.,当时在达连海地区形成一个较大的古湖泊.DLH99孔显示达连海近15cal.kaB.P.沉积了40.92m的湖相沉积物,平均沉积速率高达2.7mm/a.孢粉资料揭示出,现代干旱的共和盆地在末次冰消期以来存在两个山地针叶林发育阶段,分别位于末次冰消期和全新世早中期.全新世早中期是适合山地针叶林植被发育的气候最宜期,而晚全新世山地森林植被整体衰退.粒度分析结果显示,达连海全新世低水位时期对应于岩芯中部山地森林植被发育的晚期,出现较强烈干旱事件(岩芯深13～15m段),这种湖泊水位与植被所指示的气候变化不一致现象(即低水位时期盆地内耐旱植物和山地乔木花粉同时增加),可能揭示出干旱区山地与盆地环境对区域气候不同响应.达连海存在的系列高湖面和冰消期以来的完整气候记录,为理解晚第四纪季风边缘区气候变化过程及其机制提供了条件.     

湖芯沉积物揭示的末次冰消开始时期 普莫雍错湖区环境变化*

文章讨论了末次冰消开始时期青藏高原南部普莫雍错湖芯沉积反映的环境暖湿化以及原因。通过对现代湖泊和周边河流水文状况调查,发现流域内发育众多冰川,冰川融水构成维持湖面稳定的重要来源;湖面以及湖泊沉积环境的变化与冰川融水以及相应的温度改变具有密切的联系。利用湖泊沉积岩芯PM-1孔,通过加速器¹⁴ C测年和粒度、元素、碳酸盐含量、总有机碳以及有机碳同位素、总氮、分子标志化合物、孢粉等环境指标的分析,发现在16.4~15.4cal.kaB.P.有大量流水进入湖泊,使湖面扩大,湖水加深;流域地表产生大量有机碎屑,并被流水带入湖泊进行沉积;流域内的喜湿植被得以发展。该时段湖泊扩张、陆源植被发展的原因一方面得益于冰期过后气候向温暖湿润方向转化,另一方面温度上升带来大量冰川融水则可能具有更加重要的影响,对于深入理解当前青藏高原冰川普遍退缩和一些湖泊的水面上涨具有重要的参考价值。     

云南高海拔湖泊对末次冰消期气候突变的响应

气象观测资料表明,在当前全球暖化背景下高海拔地区的增温速率更快,其气候对全球气候变化的响应更为敏感.但是,高海拔地区如何响应快速气候事件,由于古气候古环境重建资料在高海拔地区较少,这一问题还没有很好的回答.为此选择云南省高山湖泊错恰湖为研究对象(海拔约3960 m),分析了湖泊沉积岩芯(深度范围90~244 cm)中正构烷烃的分布特征,重建了末次冰消期(19000~9500 a B. P.)沉积物有机质来源的变化,进而推断古气候演变.在17800~17000 a B. P.,错恰湖有机质以陆源输入为主,水生贡献相对减少,气候以暖湿为主;在17000~15100 a B. P.,水生有机质的贡献的比例增加,气候以冷干为主;在15100~12700 a B. P.,湖泊沉积有机质的陆源贡献增加,水生贡献相对减少,气候相对暖湿;在12700~11400 a B. P.时段,湖泊沉积水生有机质来源相对增多,气候相对冷干.与其他区域和全球气候记录对比发现,错恰湖的沉积记录指示的气候变化事件,受高纬冰量以及北大西洋驱动的西南季风突变所影响,在末次冰消期记录的4个明显的千年尺度气候事件,在时间上与First warmth、 H1、 B-A和YD事件相对应.与云南地区其他湖泊记录对比发现,小型湖泊或高海拔湖泊对这些全球快速气候事件的响应更加敏感.     

川北若尔盖高原红原泥炭剖面孢粉记录的晚冰期以来古气候古环境的演变

利用14C测年及孢粉分析方法对位于若尔盖高原的红原泥炭剖面进行了系统研究,重建了若尔盖地区晚冰期以来古环境的演化历史,并识别在此期间发生的主要气候事件.结果表明:该区晚冰期的气候特点为冷偏干或凉偏干,冷暖波动频繁.其中,14.1～13.4、12.4～12.0和10.5～10.0 kaBP之间的冷阶段分别对应于Oldest Dryas、Older Dryas及Younger Dryas事件;发生于12.6～12.4和12.0～10.5kaBP左右的暖阶段分别对应于Bolling及Allerod暖期.Younger Dryas事件之后,气候总体以温湿为主要特征,8.9～8.7和6.1～5.8kaBP之间的明显降温为全新世期间的2次冷事件.孢粉记录所反映的若尔盖地区晚冰期以来的气候演化与全球气候变化具有较好的可比性.     

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖古季风变化记录

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖沉积物高分辨率的生物硅、总有机碳、总氮和总氢等有机地化指标记录显示了一系列百年至千年尺度的快速变化 ,表明季风环流系统运行的强烈不稳定性。这种不稳定变化与格陵兰冰芯记录的气候事件相比较 ,表现出一定的遥相关 ,但也表现出了末次冰消期初始转暖低纬度区超前高纬度区的显著不同 ,这种变化可能与低纬度区热带水文循环的驱动作用相关     

The <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-alkanol paleoclimate records in two peat deposits: a comparative study of the northeastern margin of the Tibetan Plateau and Northeast China

A number of studies have revealed that the climate in the eastern margin of the Tibetan Plateau and Northeast China is sensitive to postglacial changes. Unfortunately, the link of the past climate evolution between the two regions is not well understood. In this study, two cores are analyzed to determine this link directly. The high-resolution n-alkanol distribution patterns from two typical peat sequences covering the past 16,000 cal years in the northeastern margin of the Tibetan Plateau and Northeast China, respectively, are closely examined by gas chromatograph–mass spectrometry analysis. In combination with other palaeoclimatic proxies, it is proposed that the n-alkanol average chain length and (C₂₂ + C₂₄)/(C₂₆ + C₂₈) ratio could reflect past climate changes in the two peat sequences. The n-alkanol proxies reveal several climatic intervals in the period from the last deglaciation through the Holocene. A comparison of n-alkanol records between the northeastern margin of the Tibetan Plateau and Northeast China indicates that the start and end of the warm Holocene Optimum differed at the two locations. The spatially asynchronous pattern of climatic change is possibly a result of different responses to change in solar radiation. The evolution of the Holocene paleoclimate is more consistent with changes in Northern Hemisphere solar radiation in Northeast China than on the Tibetan Plateau. The Holocene Optimum began and terminated earlier in Northeast China than in the northeastern margin of the Tibetan Plateau. Thus, the two n-alkanol proxies provide valuable insights into the regional Holocene climate and local environmental conditions.     

9.4 ka以来青藏高原东北部风成沉积物色度参数变化特征及其环境演变

以青藏高原东北部泽库剖面(ZK)风成沉积物为研究对象,利用CM-5分光测色计测定了169个样品的色度参数红度(a^*)、黄度(b^*)、亮度(L^*)并计算饱和度(C^*)和色调角(h^*),在分析风成沉积物各色度参数变化特征的基础上,辅以磁化率、粒度敏感指数(SC/D)、SiO₂及Fe₂O₃含量等指标对青藏高原东北部9.4 ka以来的环境演变进行探讨。研究结果表明:(1)色度参数a^*、L^*自剖面底部向上呈先增大后减小的变化特征,h^*则自下而上先减小后增大。(2)色度参数可作为青藏高原东北部重建古气候的有效代用指标,a^*和L^*高值指示温湿环境,h^*高值指示冷干环境;各色度参数指示环境的敏感性有差异,但均对气候突变反应较为灵敏,可用于判断气候突变的典型冷暖事件。(3)9.4 ka以来青藏高原东北部的环境整体呈现为由温湿向冷干发展的态势,可分为两大阶段。9 480~4 290 a BP的温湿期,气候整体呈现向温湿方向发展的趋势,表现为较温湿→温湿→较温湿的波动;4 290 a BP至今的冷干期,气候整体不断向冷干方向发展,表现为温干→温润→凉润→冷干的变化。     

Study on the Relationship between Large Volcanic Eruptions and Temperature Variation Based on Tree-Ring Data in the Eastern Tibetan Plateau during the Past Millennium

Volcanic eruptions can significantly cool the global troposphere on the time scales from several months up to a decade due to reflection of solar radiation by sulfate aerosols and feedback mechanisms in the climate system. The impact of volcanic eruptions on global climate are discussed in many studies. However, few studies have been done on the impact of volcanic eruption on climate change in China in the past millennium. The 1300-year and 600-year temperature series were reconstructed based on the six tree-ring temperature proxy data in northeastern and southeastern Tibetan Plateau, respectively. Three warm periods occurred in 670-920,1000-1310 and 1590-1930, and three cold periods happened at 920-1000,1310-1590 and 1930-2000 in the northeastern Tibetan Plateau. There were two obviously warm periods (1385-1450 and 1570-1820) and two cold periods (1450-1570 and 1820-2000) in southeastern Tibetan Plateau. Contrasting with volcanic eruption chronology, we analyzed the relationship between volcanic activity and temperature variation in the eastern Tibetan plateau during the past millennium using Superposed Epoch Analysis (SEA) method. The results indicated that the temperature decreased one year after large volcanic eruptions located beteen 10°S and 10°N in latitude in northeastern Tibetan Plateau and two years in southeastern Tibetan Plateau. The volcanic eruptions occurred at different latitudes have different impacts on the temperature variations, which may be caused by regional difference, the nature of the eruption, the magnitude of the resulting change in incoming solar radiation, prevailing background climate and internal variability, season, latitude, and other considerations.     

多元地球化学指标指示的32～9 ka B.P.罗布泊地区环境及其对全球变化的响应

对位于新疆罗布泊地区罗北洼地的CK-2钻孔柱样,自距顶0.94 m到10.35 m部分,以5 cm间距采样,6个样的质谱,铀系法年龄为32～9 ka B.P.,用仪器-化学分析法得到了样品中Na、K、Ca、Mg、Fe、cu、Hg、Zn、Mn、Sr、As、Pb、P、Cl和TOC共15种元素的含量.通过对元素含量变化和主成分序列分析,探讨了罗布泊地区在32～9 ka B.P.期间,经历的从末次盛冰期(阶段Ⅰ)、暖干期(阶段Ⅱ)、末次冰期晚期(阶段Ⅲ),到全新世早期(阶段Ⅳ)的不同程度冷湿与暖干的变化阶段.与格陵兰冰芯(GISP2)和深海沉积物氧同位素序列对比结果表明,罗布泊地区经历了MIS3晚期、MIS2和早M1S1早期.在罗布泊环境演化序列中也出现了发生在北大西洋冰漂碎屑的Heinrich事件(H3、H2和H1)和新仙女木(YD)事件,以及快速回暖的D/O事件(IS4、IS3、IS2和IS1).这表明高纬度的大气环流影响到中纬度西风带的强度、相位和位移,制约了我国西北干旱化地区气候环境变化的格局.为此,罗布泊地区的湖相沉积环境不仅记录了受到西风带、青藏高原隆升以及远离东亚和南亚季风影响所具有区域性的冷湿与暖干的水热配置特点,并且还具有全球变化的印迹.     

Late Holocene temperature fluctuations on the Tibetan Plateau

Proxy data of palaeoclimate, like ice cores, tree rings and lake sediments, document aspects of climate changes on the Tibetan Plateau during the last 2000 years. The results show that the Tibetan Plateau experienced climatic episodes such as the warm intervals during AD 800–1100 and 1150–1400, the “Little Ice Age” between AD 1400 and 1900, and an earlier cold period between the 4th and 6th centuries. In addition, temperatures varied from region to region across the plateau. A warm period from AD 800 to 1100 in the northeastern Tibetan Plateau was contemporaneous with cooling in the southern Tibetan Plateau, which experienced warming between AD 1150 and 1400. Large-scale trends in the temperature history from the northeastern Tibetan Plateau resemble those in eastern China more than the trends from the southern Plateau. The most notable similarities between the temperature variations of the Tibetan Plateau and eastern China are cold phases during AD 1100–1150, 1500–1550, 1650–1700 and 1800–1850.