神农架石笋记录的近200年东亚季风变化及其ENSO响应

通过湖北省神农架永兴洞石笋(编号:YX92)230Th年龄和纹层计数年代学研究,建立了1788AD-1956AD时段年际分辨率石笋氧同位素序列。该序列δ18O值变化范围为-9.70‰~-7.87‰,最大振幅约达1.83‰,呈现显著的年代际尺度振荡旋回特征。功率谱分析结果揭示存在显著的60~70年准周期信号。该记录与同区域和尚洞石笋δ18O曲线具有很好的重现性,说明其可能受控于共同的气候因子,指示了东亚夏季风大尺度环流特征。将石笋重建的东亚夏季风指标与全印度夏季降水量指示的印度夏季风指数对比,结果显示两者在年代际旋回特征上具有很好的相似性,但是呈反相位关系。进一步与ENSO指数对比,发现东亚夏季风年代际尺度变化与ENSO存在密切联系,表现为东亚夏季风增强,对应于ENSO暖期,反之亦然。因此,东亚季风与印度季风在年代际尺度上的反相位关系可能源于两者对ENSO机制的不同响应。     

南京年纹层石笋δ18O记录的冰期气候事件特征

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数建立24~21 ka B.P.时段平均分辨率3年的δ¹⁸O季风降水序列,精确标定了IS2事件的发生时间。通过与极地冰芯记录对比,发现G ISP2与石笋时标一致,而GR IP和NGR IP时标在相当事件上偏年轻800~2000年。结合洞内另一支不同时段的石笋年纹层记录,证实东亚季风降水与极地气候在反映气候事件特征上有所不同,季风气候在由干向湿的转型期(包括H2、H1)呈现阶梯式增长特征,其持续时间均超过600年,有可能说明除北大西洋温盐环流外,低纬太平洋海-气耦合也是东亚季风气候的重要触发源。     

重庆地区末次冰期气候变化的石笋记录研究

对采自重庆金佛山梁天湾洞穴的1 根长达295 mm的石笋进行了高精度的TIMS-U系定年和碳氧同位素测试分析,建立了末次冰期晚期(31.90~15.21 ka B.P.)长江中游较高分辨率(平均为280 a/mm)的古气候变化序列。从石笋的氧同位素曲线中明显地检出Heinrich事件,并且氧同位素曲线与南京葫芦洞和贵州董歌洞的石笋记录有着良好的对比关系。但明显的差别是,重庆地区石笋的同位素记录表明,该地区末次冰期晚期古气候是受西南季风和东南季风双重影响的。     

中全新世7～6 ka东亚季风气候的高分辨率石笋记录

基于神农架青天洞石笋两个²³⁰Th年龄、582条纹层计数和183个氧同位素数据,重建了7～6ka B.P.期间平均3年分辨率的δ¹⁸O变化序列。持续约580年振幅达1.8‰的δ¹⁸O在平均值-9.66‰上下波动,指示了东亚季风降水强度的长期演化趋势和高频振荡信息,大致划分为4个百年尺度旋回。青天洞与阿曼石笋δ¹⁸O记录的对比表明,东亚季风和印度季风在百年或更短时间尺度上同相位变化,可能反映了两地季风气候受统一的印度洋/太平洋大尺度水汽循环控制。功率谱分析揭示出163、81、16和11年的周期,大致与树轮Δ¹⁴C百年至数十年尺度太阳活动变化周期相同。     

福建东部海坛岛老红砂敏感粒度组分对东亚冬季风演变的响应

本文在福建东部海坛岛青峰老红砂剖面年代学框架基础上,通过2.5 cm等间距高密度采样进行粒度分析,采用粒级-标准偏差方法提取敏感粒度组分,并证明敏感粒度组分平均粒径可作为东亚季风的强弱变化的替代指标,据此建立了约44.0 ka以来青峰剖面老红砂记录的冬季风演变序列。结果显示,约44.0 ka以来东亚冬季风经历了3个演变阶段：①44.0~25.5 ka BP东亚冬季风较弱, 呈现在波动中逐步增强趋势;②25.5~15.5 ka BP为东亚冬季风最强盛期,并呈现高频波动特点,东亚冬季风在21.8 ka BP前后达到鼎盛期;③15.5~7.1ka BP为冬季风减弱期,但在11~10 ka BP前后,冬季风突然显著增强。相邻剖面平均粒径记录的冬季风演变阶段也具有较好的重复性。对比发现,青峰剖面老红砂敏感粒度组分的气候记录与长江下游葫芦洞石笋δ18O和格陵兰GISP2冰芯δ18O记录之间有较好的吻合,尤其对新仙女木事件和4次H事件三者都有记录,但青峰剖面对D-O旋回记录信号不明显。     

中晚全新世湘西莲花洞石笋灰度变化特征 及其古气候意义

以湖南湘西莲花洞LH2石笋为研究对象,在高精度铀系定年的基础上,构建了湘西地区中晚全新世文石石笋灰度序列。中晚全新世,LH2石笋灰度值与δ18O值呈负相关同步变化,与旋回沉积速率呈正相关关系。LH2石笋的剖面灰度与文石的结晶形态有关,受降雨量和温度的控制。LH2石笋灰度显示,中晚全新世（8.6—0.03 ka B.P.）湘西地区气候变化可以划分为3个阶段：8.6—5.7 ka B.P.期间,夏季风强盛,气候暖湿,灰度值整体偏高;5.7—2.8 ka B.P.期间,灰度值逐渐降低,指示夏季风持续减弱,气候从暖湿向冷干过渡;2.8—0.03 ka B.P.期间,灰度值整体偏低,且存在较大幅度的波动,表明该时段气候整体偏冷干,但其间存在明显的温湿波动。在轨道尺度上,LH2石笋灰度值主要受北半球夏季太阳辐射量和热带辐合带（ITCZ）位置的控制。在百年尺度上LH2石笋灰度值的突变可能与北大西洋冰筏事件存在关联;年代际尺度上,LH2石笋灰度的变化受太阳活动和太平洋年代际涛动（PDO）的调控。在年际尺度上LH2石笋灰度的波动可能受厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）活动驱动。     

最近500年来福建玉华洞石笋氧同位素记录及气候意义

基于福建将乐玉华洞一支石笋(YH1)4个230Th年龄和370个氧同位素数据,并利用具有年层时标的湖北清江和尚洞石笋氧同位素记录的校正,重建了AD 1530以来1~3 a分辨率的石笋氧同位素序列。与当地现代器测气象资料对比发现,最近60 a来玉华洞石笋δ18O与当地夏半年降水量相关性最为显著(R=-0.35,n=55),而受温度的影响较弱,玉华洞石笋氧同位素较好的指示了当地夏半年降水量变化的信息。最近100 a来,福建玉华洞石笋的氧同位素组成具有逐渐变重的趋势,与其他地区高分辨率石笋δ18O具有相同的变化趋势,而且也与季风指数指示的季风减弱趋势相一致,进一步证实季风区石笋δ18O反映了东亚季风大尺度环流特征;在小冰期中后期(AD 1530~1850),玉华洞石笋δ18O在平均值-5.9‰高频振荡,存在一系列的数十年际尺度的季风增强和减弱事件,与亚洲—太平洋涛动(Asian Pacific Oscillation,APO)指数密切相关,说明玉华洞石笋δ18O所指示的降水信息受APO变化的影响。     

黔北洞穴石笋记录的末次冰消期至早全新世百年～十年际气候变化

通过黔北三星洞2支石笋(编号:SX3-a和SX14)的25个高精度230Th年龄(测年误差≤76 a)和740个氧同位素数据,重建了末次冰消期至早全新世(16.82±0.04~8.29±0.03 ka B.P.)平均分辨率达10 a的亚洲夏季风演变历史。无论在千年尺度还是百年尺度,甚至是十年际气候事件上,三星石笋δ18O记录的季风气候与北高纬气候都存在耦合关系。然而,在波令-阿勒罗德(B?lling-Aller?d)时期,与格陵兰冰芯所记录的温度逐渐回冷的趋势相反,亚洲夏季风表现出逐渐增强的过程。太阳辐射能量的增加和越赤道气流的增强有可能是引起此时期夏季风增强的主要原因。在前北方期(11.7~9 ka B.P.)时,南极温度、大气CO2浓度和CH4浓度等在新仙女木(Younger Dryas,YD)结束后均达到最大值,而石笋δ18O记录表明在YD冷事件结束后,直到9 ka B.P.左右亚洲夏季风才达到最盛期。冰消期结束后,虽然太阳辐射能量已经达到高值,但直到9 ka B.P.之前,北美大陆仍然残留较大的冰盖,有可能对夏季风的增强起到一定的限制作用。另外,早全新世南极变冷同样有可能通过加强越赤道气流来影响夏季风气候。     

南昌市厚田沙地风沙沉积记录的末次冰期气候变化特征

位于南昌市南部的新建县广泛分布着由沙丘砂-古土壤叠覆堆积组成的沉积序列。在野外调查的基础上,选择位于新建县南部的厚田剖面进行工作,其沉积序列由3层沙丘砂和3层砂质古土壤组成,顶部与底部的光释光（OSL）年代分别为14.9 ka BP和77 ka BP,为末次冰期的产物。结果表明：（1）厚田剖面的末次冰期地层可划分为HTS4（77~57.1 ka BP）、 HTS3c（57.1~49.7 ka BP）、HTS3b（49.7~36.8 ka BP）、HTS3a（36.8~26.5 ka BP）、HTS2（26.5~14.9 ka BP）5个阶段。（2）以粒级-标准偏差法与主成分因子分析法提取敏感粒度,12.619~20 μm含量与平均粒径和黏粒含量正相关,400~563.667 μm含量与平均粒径和黏粒含量负相关,反映冬季风强度的敏感粒径为400~563.667 μm,反映夏季风强度的敏感粒径为12.619~20 μm。（3）平均粒径、黏粒含量、敏感粒度在剖面上呈现明显的峰谷交替变化,暖阶段基本同步于葫芦洞石笋记录的夏季风强盛期和65°N 7月的天文辐射总量的高峰,揭示出HTS3c、HTS3a、HTS2早期为温暖期,砂质古土壤发育;冷阶段对应于葫芦洞石笋记录的夏季风减弱期和65°N 7月的天文辐射总量的低值,揭示出HTS4、HTS3b、HTS2晚期为寒冷期,沙丘砂发育。厚田剖面末次冰期的气候变化存在万年尺度的气候波动,是太阳辐射总量和东亚季风共同影响下的结果。     

云南寻甸地区全新世中期气候变化模式研究

通过对云南寻甸白石岩仙人洞1号石笋(XR1)进行TIMS-U系测年和氧碳同位素分析,揭示了该区全新世中期氧碳同位素气候演化的模式。依据石笋不同时段有机碳含量的变化,重建了基于石笋有机碳指标的气候变化模式。通过对比,发现这两种指标所记录的寻甸地区古气候变化过程几乎完全一致。云南寻甸地区全新世中期的气候演化可分为3个气候期:1)8 000—5 600 aBP为温暖湿润期,气温较高,降水丰沛,石笋的氧碳同位素偏负,有机碳含量偏高;2)5600—4500 aBP为气候突变期,气候由温湿变为冷干,石笋氧碳同位素持续偏正,有机碳含量持续降低;3)4500—2100 aBP为冷干气候期,该期气候稳定,氧同位素和有机碳含量变化不大,均维持在较低水平。     

The Lake-Swamp Sediment Records on the Environmental Characteristics of Mu Us Desert since the Late Glacial Epoch

毛乌素沙漠南缘靖边海则滩湖沼相沉积剖面,真实地记录了晚冰期以来东亚季风气候和沙漠演化历史.在地层沉积相划分和测年基础上,据地球化学元素和孢粉等气候指标分析表明,该区古气候变迁序列为12 ka BP前干燥寒冷;12～10 ka BP气候转暖湿;10～8.5 ka BP以温湿为主,在10～9.5 ka BP出现Younger Dryas 冷干事件;8.5～3.0 ka BP温暖湿润;3.0 ka BP后气候趋于半干旱与现代气候较接近.这种气候演化规律是受地球轨道因素影响,通过东亚冬夏季风的强弱变化来实现的.     

神农架大九湖四万年以来的植被与气候变化

通过对大九湖6 m长连续沉积岩芯剖面(DJH-1 孔) 7 个样品的AMS¹⁴C年龄测定和151 块孢粉样品的鉴定分析, 揭示了神农架区域4 万以年来植被和气候演变。末次冰期阶段大九湖附近发育森林草地或草地-草甸植被。MIS 3 晚期, ~42-39 cal ka BP之间, 气候相对干冷, 发育森林草地;~39-31 cal ka BP 之间, 气候较为湿润, 草甸扩张并伴随低海拔阔叶树种的发育。MIS 2 阶段, 草甸组分中蒿属显著增加, 高海拔可能分布有荒漠草地, 气候极端干冷;该时期植被带垂直下降达到1000 余m, 按垂直温度递减率推算, 冰盛期阶段该区域温度下降约7℃左右。从冰消期开始, 森林植被开始扩张, 北温带、暖温带和亚热带乔木组分依次增加。约在9.4-4 cal ka BP之间, 演变为亚热带常绿阔叶落叶林, 属全新世适宜期;从约4 cal ka BP以来, 北温带阔叶和针叶树开始增加, 气候趋于凉干。通过对比区域高分辨率的洞穴石笋及高纬冰芯氧同位素记录, 表明神农架区域植被环境变化对气候变化敏感, 并记录了H1, YD气候突变事件;进一步体现出该区域气候环境演变主要与北半球太阳辐射控制的东亚夏季风强度变化有关, 且与北半球高纬气候变化一致。     

年际―年代际尺度上南海北部SST与 东亚夏季风强度的负相关关系

选取南海北部珊瑚带宽-SST分别与甘肃万象洞WX42B石笋和贵州董哥洞DA石笋的δ18O记录在不同时段进行对比,揭示了南海北部SST变化与夏季风强度的关联。结果显示：在年际―年代际尺度上,南海北部珊瑚带宽-SST与石笋δ18O记录的夏季风强度存在负相关关系：南海北部SST升高,石笋δ18O偏重,夏季风强度减弱;反之亦然。南海北部器测SST与万象洞WX42B石笋δ18O记录的对比也证实了这一关系的存在。ENSO活动影响着季风区的降雨量,控制着南海北部的SST变化。ENSO的存在可能是造成这种负相关关系的直接原因。由于ENSO活动与季风区降雨量的关系存在区域性差异,南海北部SST与局部地区夏季风强度之间的关系仍需进一步的研究。     

黄土高原东缘晚全新世高精度高分辨率石笋古环境记录

基于山西武乡太行龙洞一支石笋5个230Th年龄和190个氧同位素数据重建4 400~150 a B.P.高分辨率δ18O序列。石笋δ18O值逐渐增加,除最近约600 a外,在千年尺度长期趋势变化上与中国南部其它洞穴记录相一致,表明晚全新世亚洲夏季风强度持续减弱响应于同一驱动机制。一次显著的气候突变事件发生在2 550~2 000 aB.P.,与史料记载的干旱期大致相对应。功率谱分析揭示出106 a周期,与树轮Δ14C太阳活动周期大体一致,说明百年尺度上太阳活动与东亚季风变化有一定关联性。     

塔里木盆地南缘和田绿洲中全新世以来气候环境变化与人类活动

塔里木盆地南缘和田绿洲约特干遗址剖面多指标综合地记录到了近6.7 ka BP以来的环境变化。考虑到此地区人类活动的历史,各指标的变化记录了自6.7—4.0 ka BP期间环境变化的自然过程,揭示出6.5—6.7 ka BP期间的显著湿润期以及出现于4.0 ka BP之后的转干和3.0 ka BP前后的相对冷湿期。自2.0 ka BP开始,人类活动的影响渐趋于显著。     

末次盛冰期以来青藏高原东北部共和盆地冬夏季风演化记录

对青藏高原东北部共和盆地冬其剖面的化学元素与粒度分析表明,末次盛冰期以来区域冬夏季风总体上呈现此消彼长的关系,气候出现多次冷干-暖湿旋回。15.82 ka BP之前冬季风最强,夏季风最弱,为末次盛冰期时的冷干气候,但21 ka BP之前气候可能寒冷偏湿。15.82~9.5 ka BP夏季风明显增强,冬季风衰弱,气候明显转暖,其中老仙女木时期（14.7~13.7 a BP）和新仙女木时期（12.1~9.5 ka BP）气候相对冷干,而B-A时期（13.7~12.1 ka BP）气候相对暖湿。全新世以来冬夏季风出现多次波动,9.5~7.0 ka BP夏季风相对较强,气候相对暖湿;7.0~5.1 ka BP冬夏季风强弱交替频繁,气候出现冷干-暖湿旋回;5.1~2.7 ka BP夏季风总体较强,气候温暖湿润;2.7 ka BP 之后冬季风明显增强,气候趋于冷干。此外,区域冬夏季风演变过程与极地冰芯记录的冷暖事件大体一致,可以认为共和盆地气候变化是全球气候变化的区域响应。     

全新世中晚期福建海岸沙丘记录的海岸环境与人类活动

选取福建长乐典型海岸沙丘进行研究,在光释光(OSL)年代学基础上,结合环境代用指标分析和地质雷达图像,探讨研究区晚全新世以来沙丘发育历史及其古环境意义。结果显示:1东山(DS)沙丘发育过程主要存在5个沉积期和3个沉积间断。主要反映了东亚季风强度变化,是东亚冬季风的区域响应结果。同时与火山活动、中国东部冬半年气温、夏季风降水具有良好对应关系;2 DS剖面保存了近6 ka以来福州盆地海平面变化信息。清晰记录了存在于闽粤台地区的大范围的高海面期,分别是5.6~2.8 ka BP、2.8~1.7 ka BP、1.7~0.8 ka BP,其中1.7~0.8ka BP阶段最为明显。3 DS沙丘发育过程与闽东北区域人类活动记录以及新石器文化序列具有良好对应关系。5.6~2.8 ka BP、2.8~1.7 ka BP阶段的人类活动主要受到自然环境影响。~1.7ka BP之后,唐代至五代是福建社会经济的复苏阶段。     

九江市蓼花剖面末次冰期中晚期沉积的粒度端元特征与气候变化

鄱阳湖湖滨地区广泛分布着晚第四纪风沙沉积序列。在星子县沙岭沙山进行野外调查后选择蓼花剖面开展工作,测试了地质时代和粒度,对粒度结果使用端元分析模型进行研究,探讨该区域末次冰期中晚期的气候变化规律。结果显示：该剖面由湖相-古土壤-沙丘砂等沉积相叠覆堆积组成,形成于末次冰期中晚期（48.8—17.1 ka）。端元分析模型将粒度数据分解出3个不同的粒度端元,不同端元组分在垂向上呈峰谷交替的旋回变化,EM1代表粉砂端元组分,峰值对应湖相和古土壤发育时期;EM2和EM3代表中砂—粗砂端元组分,峰值对应沙丘砂发育期,这些峰谷交替变化的规律指示了末次冰期的季风演变以及气候波动变化,万年尺度上表现为LH10 (48.8—39.9 ka)和LH3～LH5 (28.1—17.1 ka)的冬季风强盛期,分别对应深海氧同位素的MIS3b和MIS2阶段。LH6～LH9 (39.9—28.1 ka)为温暖的夏季风时期,对应深海氧同位素的MIS3a阶段。这些变化与YZ洞石笋氧同位素以及格陵兰冰心有良好的对应,与全球气候变化基本一致。     

16 ka以来黄土高原东亚夏季风变化的环境磁学记录

末次冰消期以来的气候变化是第四纪古气候研究的重要内容。本文对黄土高原西部和平镇剖面16 ka以来的黄土沉积序列（厚度为3.5 m）进行了高分辨率环境磁学研究。结果表明：该黄土序列的磁性颗粒主要由细颗粒磁铁矿主导。其磁化率和频率磁化率具有相同的变化特征,与黄土高原中部和东部的黄土磁化率变化机制一致,即黄土高原西部和平镇黄土的磁化率和频率磁化率仍然受成土作用形成的细颗粒磁铁矿控制,因此其磁化率和频率磁化率仍然可以反映季风降雨的变化特征,并且其反映的16 ka以来季风降雨变化与南方石笋氧同位素记录的季风变化特征一致。通过详细的海陆综合对比,本文认为16 ka至11 ka间东亚季风降雨的变化受到北半球太阳辐射和北半球区域温度的共同影响,而11 ka之后的夏季风降雨减少主要受太阳辐射降低的影响。     

毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性

毛乌素沙地处于中国季风区的西北边缘,对气候变化敏感,是古气候演化和古环境变迁研究的理想场所。全新世气温回暖期,气候整体稳定但存在暖湿冷干的次级波动,不同类型沉积相组成的地层序列记录了全新世千年、百年尺度的气候不稳定性。对毛乌素沙地不同沉积序列的研究表明:(1)毛乌素沙地东南缘的沙漠/黄土边界带DLT、NB剖面粒度及Rb/Sr比值可作为气候变化的代用指标。>63 μm砂含量增加,Rb/Sr比值降低,揭示东亚冬季风增强,风成砂堆积,风沙活动加剧,气候干冷;反之,东亚夏季风增强,降水增多,风化成壤程度加大,气候暖湿。(2)毛乌素沙地东南缘沙漠/黄土边界带及低洼沟谷区年代概率密度函数的分析显示,全新世早期~8\^5 ka BP风成砂堆积,风沙活动加剧,气候表现为干冷;全新世中期8\^5 ka~3\^0 ka BP地势较高处古土壤广泛发育,地势低洼处发育湖沼相/泥炭层,但在6.0 ka BP左右存在气候转冷过程;全新世晚期3\^0 ka BP以来气候波动频繁。(3)毛乌素沙地气候变化与北大西洋冰筏冷事件、董哥洞石笋、季风边缘区湖泊、东部沙地等记录具有可对比性和相对一致性,反映出全新世千年和百年尺度上的气候变化主要受全球变化的影响,这对预测和模拟未来气候变化具有借鉴意义。