青海湖流域圆柏年轮指示的近千年降水变化

根据采自青海湖流域天峻地区树木年轮样本,建立了该地1061a树木年轮年表序列.通过响应函数计算得出,该年表对青海湖区前一年年降水量反映敏感,由其重建了该地的年降水量序列,并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验,证明重建方程稳定,重建的年降水变化比较可靠,具有一定的代表性.在10a时间尺度上年降水经历了11个偏多和偏少时段,其中6(7)个显著的偏少(多)时段分别是1001-1060、1131-1320、1411-1510、1691-1740、1811-1850年和1911-1940年(961-1000、1061-1110、1321-1410、1511-1650、1741-1790、1881-1910年和1941-2000年).平均约53a发生一次突变,13-14世纪是年降水的多变时期,12、17和20世纪是年降水的相对稳定时段.     

全新世东亚夏季风最强盛期出现在何时?——兼论中国南方石笋氧同位素的古气候意义

探寻全新世东亚夏季风演变过程,不仅有利于在更长时间尺度上深化对季风动力学的理解,也能够为研究中华文明发展提供环境和气候背景,因此历来受到研究者的重视.然而,对于全新世东亚夏季风最强盛期究竟出现在早全新世、中全新世甚或晚全新世仍然存在争议.虽然目前以中国南方石笋氧同位素记录反映的"早全新世夏季风最强"观点较为流行,但该指标是否能真实可靠地表征东亚夏季风强度变化正受到愈来愈多的挑战.本文根据最新的资料和认识,对上述问题进行了评述性回顾.建议以北方降水量作为衡量东亚夏季风强度的标准,并据此标准探讨了全新世东亚夏季风的演变历史,认为全新世中期为季风最强盛期.区域对比显示出东部季风区北方和南方降水在不同时间尺度均存在明显差异,这种差异与石笋氧同位素记录在空间上的相似性存在矛盾.观测和模拟资料均表明,中国南方石笋氧同位素代表的是降水氧同位素而非降水量的变化,因而不宜作为东亚夏季风强度的代用指标.最后,我们对有待进一步深入研究的问题,包括轨道尺度上东亚夏季风的驱动机理、中国石笋氧同位素的大尺度气候学意义、环流与东亚季风区降水的关系等进行了展望.     

黄河中下游地区过去300年降水变化

基于清代雨雪档案记载、现代器测气象记录及农田土壤含水量观测资料, 根据降水入渗与水量平衡模型和田间试验验证, 定量复原了1736~1910年黄河中下游地区17个站点的降水量, 建立了黄河中下游地区及其4个子区1736年以来的降水变化序列. 通过对重建序列的分析发现: 黄河中下游地区在1915年前后存在降水由多变少的突变. 其中1791~1805年、1816~1830年及1886～1895年等3个时段降水明显偏多; 而1916~1945年及1981~2000年等2个时段降水则明显偏少. 另外, 功率谱分析显示黄河中下游地区降水变化存在22~25年、3.9年及2.7年等3个显著周期. 但在1915年的突变之后, 22~25年的周期信号开始减弱, 至20世纪40年代后期, 这一周期信号完全消失, 代之出现了35~40年的周期.     

青藏高原湖泊纹层孢粉记录的过去2000年雨季时长和雨季降水时空变化

青藏高原雨季时长及雨季降水量的长尺度定量重建,是揭示高原西风、季风时空演变规律及其生态环境效应的关键,其中准确判断高原雨季的起止时间是研究难点.本文通过寻找降水拐点的方法确定了高原不同地点的雨季起、止时间,并计算了雨季时长和雨季降水量,建立了表土孢粉组合与雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量的转换函数,重建了具有年纹层沉积特征的高原北部库赛湖区和中部江错湖区过去2000年来的雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量变化.结果表明,过去2000以来,库赛湖区雨季降水序列记录了5次高降水时段:AD580～680、AD1000～1100、AD1200～1450、AD1550～1780、AD1920至今,其普遍对应雨季天数长的时段;江错湖区雨季降水序列记录了4次高降水时段:AD80～500、AD800～950、AD1250～1450、AD1780至今,其与雨季天数长的时段在AD1000以前对应良好,在AD1000后关系不明确.在空间上,高原雨季降水呈现出“南北同湿”、“南北同旱”、“南湿北旱”和“南旱北湿”四种模式,其中“南北同湿”可能与异常强盛的夏季风有关,“南北同旱”与弱西风和弱季风有关,“南湿北...     

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.     

2650年东亚-北印度洋热力差异与东亚夏季风变化

利用观测资料研究发现,东亚-北印度洋对流层热力差异指数（East Asian-North Indian Ocean index,IEANI）与东亚夏季风及相应的中国东部季风降水都具有密切的关系.当IEANI偏高（低）时,东亚中纬度夏季风偏强（弱）,华北地区降水偏多（少）,江南地区降水偏少（多）.为了研究东亚夏季风的长期变化特征,我们利用北京和澳大利亚塔斯曼尼亚地区的重建气温回归了BC665～AD1985年的IEANI.研究发现,在过去2000多年里,重建的IEANI总体上能够指示世纪尺度上的东亚夏季风变化和中国东部降水异常.重建的IEANI与中国东部降水的关系与现代气候所表现出来的关系非常相似,表明这种相关特征也出现在过去2000多年来的世纪尺度上.对于IEANI在更长时间尺度（数百至千年）上的变化特征及其与降水的关系,尚需利用更多类型的代用资料进一步验证.     

亚洲夏季风5400a BP极端减弱事件与文化演变

根据黄土高原西部万象洞石笋WXB07-4顶部22mm样品的平均误差仅约20a年的230Th绝对定年数据和平均时间分辨率为8a的氧同位素数据,建立了亚洲季风边缘区中晚全新世过渡期亚洲夏季风变迁的时间序列.结果发现,从6420到4920a BP期间,亚洲夏季风呈现出逐渐减弱的趋势,并以6420~6170a BP之间的季风强盛期和较高降水量、6170~5700a BP期间的夏季风平稳波动和在5700~4920a BP期间夏季风出现极端减弱期为主要特征.特别是以5430a BP为突变年代出现在5700~4920a BP期间的亚洲夏季风特征极端减弱事件(5400a或5.4ka事件),经历了约290a的减弱阶段和约350a的增强阶段,在定年误差范围之内与亚洲季风区其他地区洞穴石笋记录具有等时性.通过与过去7000a考古资料的对比发现,中国黄河流域仰韶文化和西辽河流域红山文化早期的衰落发生在夏季风降水由多到少的变化期;5400a BP极端夏季风减弱事件发生造成的降水大幅度减少可能与5500a BP左右黄河流域渭河河谷关中地区杨官寨遗址庙底沟文化、河南西部仰韶中期文化和下游大汶口早期文化、辽河河谷西部红山中期文化的衰落存在一定程度上的联系;5400a BP事件后期(5430~4920a BP)与亚洲夏季风相联系的降水小幅度逐渐增加和随后的剧烈减少可能也与仰韶晚期文化和红山晚期文化的共同繁荣和消失、渭河关中盆地以杨官寨遗址为代表的仰韶晚期文化和上游地区大地湾四期仰韶晚期文化的消失、大汶口中期文化的开始与晚期文化的形成以及龙山文化的兴起、长江中下游崛起的屈家岭文化和良渚文化的相联系.通过与高原石笋降水记录对比发现,高海拔地区夏季风降水在5400a BP事件后期的增加比在低海拔地区显著并具有更大幅度的波动,可能与5300a BP左右马家窑文化在黄河上游河谷地带的兴起及其扩张有关.     

大气环流对中东亚干旱半干旱区气候影响研究进展

亚洲干旱半干旱区占据北半球中纬度的大片区域,其主体是中东亚干旱半干旱区,该区域降水稀少、生态环境脆弱,对全球气候变化响应敏感.中东亚干旱半干旱区东部处于东亚季风区的边缘,受西风环流和季风环流的共同影响;中部和西部主要处于西风带气候区,为西风环流所控制.研究大气环流对中东亚干旱半干旱区气候的影响,对于认识和预测该区域的气候具有重要意义.基于近年来国内外学者针对大气环流对亚洲中、东部干旱半干旱区气候影响的研究,文章进行了系统回顾和总结.已有研究表明,大气环流对中东亚干旱半干旱区的气候具有不可忽视的影响.在强夏季风年,中国西北地区东南部受东亚夏季风影响,水汽通量显著增加,降水偏多;而弱夏季风年则相反,随着东亚夏季风的减弱,季风边缘的半干旱区气候呈现变干趋势;南亚季风的加强则使得更多的水汽输送至亚洲干旱半干旱区;高原夏季风与中亚地区夏季降水呈显著的正相关关系,而与中国华北地区、蒙古地区的夏季降水呈负相关.西风指数与中东亚干旱区的气温有显著的正相关关系,西风环流的变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.     

夏季东亚和印度热带季风环流系统动能和对流扰动的纬向传播特征

使用1980~1997年NCEP/NCAR再分析资料及日本的TBB/GMS资料讨论了亚洲季风系统中印度和东亚两个子系统中热带季风变化(扰动)源地及变化后的纬向传播特性. 18a的结果表明, 在夏季热带季风主体的5º~15ºN范围内, 东亚夏季风系统中纬向风虽然为西风, 但绝大多数动能扰动和对流扰动均起源于140º~150ºE, 向西经南海传播到孟加拉湾(90º~100ºE). 而在印度夏季风系统中, 18a中有12a动能扰动起源于阿拉伯海向东传播到孟加拉湾, 东端抵达90ºE, 其余年份并无明显东西向传播特征. 因而, 在亚洲5º~15ºN夏季风主体区域内, 虽然均由西南季风控制, 但存在传播特性相反的东亚和印度两个子系统, 两个系统交界约在90º~95ºE, 比过去提出的交界经度105ºE更偏西一些. 以上结果也表明东亚夏季风环流系统在东西方向上主要受热带西太平洋影响而不是受来自孟加拉湾的印度季风影响. 相反, 印度季风环流系统除了受阿拉伯海影响外还部分受东亚季风系统影响.     

1840年以来长江大洪水演变与气候变化关系初探

长江洪水灾害是我国频率高、为患严重的自然灾害之一.本文依据可靠资料,选择1840年至2000年间32次大洪水记录,探讨其演变与气候变化的关系.认知1910s前的19世纪冷期出现大洪水13次(包括1870年的极值大洪水事件)频率为1.9次／10a.1921-2000年间出现了大洪水19次,频率为2.4次／10a.20世纪暖期又分出两个变暖时段,前一变暖时段的峰值期1920s-1940s出现大洪水9次,包含1931年全流域大洪水.后一变暖时段,即1980s与1990s出现大洪水8次.实测记录到的最大洪水1954年位于前一变暖时段结束阶段.1990s是全球,也是我国近百年中最暖年代,受东南季风影响大的中下游地区夏季降水量是近百年最多的,大暴雨频率也是有较多记录的40年来最高的.以此出现了10年5次大洪水高频率现象,包含1998年全流域型大洪水,表明了全球变暖的显著影响.也指示30-40年问周期性振荡中多雨年代.如此可预期21世纪初期降水会有小幅度下降与大洪水频率在短期内降低的可能性.长江上游受西南季风影响较大,19世纪下半期与20世纪上半期为多降水期,大洪水频率较高.20世纪下半期为少降水期,大洪水频率较低.关于气候变化研究有待深入,前景不易预估.     

树轮记录的青海德令哈地区千年降水变化

通过在青海柴达木盆地东北缘宗务隆山和沙利克山建立的7条大复本量的祁连圆柏年轮宽度序列和树木径向生长对气候要素变化的响应分析, 重建了德令哈地区过去千年以来上1年7月至当年6月的年降水量变化历史. 结果表明, 该区祁连圆柏轮宽序列有较明显高的年际间变化和较强的公共信号, 是很好的气候代用资料; 祁连圆柏的生长主要受水分的限制; 利用7条轮宽序列所提取的第一主成分重建上一年7月~当年6月年降水量, 的重建方程其的方差解释量高达63.1%, 且方程稳定; 在重建的过去千年年降水量变化中, 多降水期主要为1520~1633年和1933~2001年, 而少雨期主要为1429~1519年和1634~1741年. 此外, 在1430年以前年降水量的变化幅度较小, 在15 mm左右, 但在1430~1850年间变化幅度增大至30 mm左右, 1850年之后变化幅度有所下降, 并且高值的振幅大于低值的振幅. 20世纪90年代以来, 与温度进一步升高的趋势相反, 降水有下降趋势. 近几百年内与敦德冰川累积量和微粒含量的较好一致性说明, 本文所重建的降水量变化是比较可靠的, 并在区域上有一定的代表性. 本文所重建的过去一千年来年降水量的变化对了解世纪尺度的气候变化规律, 为气候模式的验证和预报21世纪气候变化的趋势预测提供了基础数据.     

葫芦洞石笋记录的19．9-17．1ka BP东亚夏季风增强事件

南京葫芦洞石笋（No．H82）高分辨率δ^18 O序列已表明16．5～10．3ka BP时段东亚季风与极地气候在千年尺度事件上存在耦合关系．现根据7个高精度^230Th年龄和573个δ^18 O数据,将这一石笋的高分辨率δ^18 O时间序列延伸至22．1ka BP,从而提供了末次盛冰期10a分辨率的连续东亚季风气候记录．石笋δ^18 O记录表明H1事件内部的次级季风减弱事件与格陵兰寒冷事件在世纪尺度上具有同步性．该记录显示在19．9～17．1ka BP存在显著的东亚夏季风增强事件,其平均夏季风强度相当于BФlling暖期的1／2,夏季风最强时甚至接近于BФlling暖期．这一季风增强事件在北半球海洋和陆地记录中均有不同程度的体现,可能是热带太平洋Super-ENSO响应于岁差周期太阳辐射的结果．     

中国落叶松属树木年轮生长特性及其对气候变化的响应

作为树轮气候学中的传统研究树种,落叶松属树木已被广泛认同可以敏感反映气候的变化.本研究用树轮气候学的方法,对中国落叶松属9种1变种树木年轮采集了11个样点,对样本树轮宽度指标进行了基本统计特征的分析,合成了8种1变种的10条树轮宽度差值年表序列,并分别与相应采样区的区域气候资料距平平均序列进行了Pearson相关分析,将不同地区的不同落叶松树种树轮生长与气候因子的变化进行比较,在较大空间范围内探讨落叶松属树木对气候响应的规律.结果显示,季风边缘带的多数样点与5月平均气温及平均最高气温存在显著的正相关关系,春季温度对落叶松属树木年轮生长有显著的影响,降水并未成为其限制因子;西藏吉隆的喜马拉雅落叶松平均年轮宽度最大,四川泗耳沟采集的四川红杉平均年轮宽度最小,这两种落叶松的年轮宽度变化所含气候信息较少;太白红杉、红杉、西藏红杉对气候变化较敏感,具有气候重建的潜力,海拔是影响落叶松树轮对气候因子响应的重要因素.     

东亚副热带夏季风建立与中国汛期开始时间

采用谐波等分析方法,讨论了季节转化过程中东亚大陆降水和对流层风场时空分布特征、海-陆热力差异以及大气加热与风场和降水之间的季节变化关系,确定了春季中国江南降水的副热带夏季风性质.分析认为,3月份中国江南春雨是东亚副热带夏季风降水的孕育阶段,4月初东西向海陆热力差异在东亚副热带地区最早完成冬夏的季节性反转,时间早于南海夏季风爆发并对应华南前汛期的开始,标志着东亚副热带夏季风的建立和中国汛期降水的开始.东亚副热带夏季风主要活动在东亚100°E以东、20°N以北地区,春季（3~4月份）中南半岛和江南地区大气加热的持续作用可能导致了东亚东西向海陆热力差异在副热带地区完成反转.其中,江南上空大气热源是导致该地区对流层低层西南风、上升运动和降水增强的主要原因.     

末次冰消期亚洲季风突变事件的精确定年: 以贵州衙门洞石笋为例

通过贵州衙门洞Y1石笋33个U/Th年龄和1020个氧同位素数据的分析, 重建了西南地区末次冰消期至全新世早期(16.2~7.3 ka BP)平均分辨率达9 a的亚洲夏季风演化特征. 该时段发生的气候突变事件, 在Y1石笋记录中得到明显揭示, 类似格陵兰冰芯记录的GI-1e~GI-1a事件(GIS)可以定义末次冰消期亚洲季风突变事件的中国基准(CIS)为A.1e~A.1a, Y1石笋d ¹⁸O值记录这些事件的开始时限分别为: (14750±50), (14100±60), (13870±80), (13370±80) 和(12990±80) a BP; A.1a结束进入YD事件为(12850±50) a BP, YD结束进入全新世为(11500±40) a BP, 其中BA转换(A.1e开始)和YD转换前后d ¹⁸O值有3‰的变幅. Y1记录区域对比表明亚洲季风在早全新世期间总体增强的趋势在各地区并没有显著的相位差异, 因而不支持东亚和印度季风在轨道尺度上的反相位关系. Y1记录支持近10年来石笋研究的结果, 即亚洲季风气候变化的驱动机制除了主导的太阳辐射、大西洋径向环流(MOC)及热带辐合带 (ITCZ) 运移外, 短尺度上的季风变化和太阳活动密切相关.     

近百年来自然和人为因素对亚洲季风降水影响的时间序列分析研究

近百年来,全球地表平均温度呈持续上升的趋势,是人为和自然因素共同作用的结果;而对同时期人类活动在亚洲季风降水变化中所起的作用仍有不同看法.本文基于贵州董歌洞和甘肃万象洞近2000年来的石笋氧同位素(δ18O)记录,用奇异谱方法研究近百年来全球增温和CO2浓度增高背景下石笋δ18O的变化特征,探讨人类活动对东亚和南亚季风降水的可能影响.结果显示,上述两地近百年来的石笋δ18O变化趋势基本可以通过1900AD前自然序列的延伸得到重现.如果目前关于石笋δ18O记录反映季风降水量的解释正确的话,我们的分析结果则说明,虽然近100年来人类活动对温度有明显作用,但似乎没有对东亚和南亚季风降水变化趋势产生显著影响,使之大致保持了原有的自然趋势.这说明,过去全球温度变化对季风的影响是亟待解决的问题.     

黄土高原南部黄土-古土壤酸溶相硼同位素组成(δ~(11)B)及其对季风降水变化的指示

对黄土高原南部渭南阳郭水库剖面黄土-古土壤酸溶相硼含量和硼同位素组成(δ11B)进行了精确测定.结果表明,硼含量变化范围为0.39~3.94ug g-1,δ11B值分布范围在-23.8‰~9.5‰,古土壤的平均硼含量和δ11B值都高于黄土的.研究表明,黄土-古土壤酸溶相硼主要来自降水中积累的硼以及硅酸盐风化产生的硼,因此,酸溶相δ11B值可以减少源区信息和温度热量等因素的影响,反映降水量变化,有可能作为黄土沉积形成演化过程中降水量的一个替代性指标.另外,本研究根据δ11B变化重建了黄土高原南部末次间冰期以来夏季风降水历史,与传统的夏季风降水替代性指标基本可以对比,但δ11B在揭示过去季风降水量变化方面的机理更加清楚.     

基于WRF模式的青藏高原斜坡和平台加热影响亚洲夏季风的模拟研究

青藏高原大地形的热力强迫作用对亚洲夏季风的形成和发展具有重要的影响.本文利用较高分辨率的WRF区域模式,探讨了高原不同区域(斜坡和平台)的地形加热分别对南亚夏季风和东亚夏季风的影响.结果表明:高原南部喜马拉雅山脉的斜坡地形加热对其周围局地的环流形势和降水影响十分明显,是南亚夏季风北支分量形成和维持的主导因子,也是斜坡上气流爬坡和降水发生的必要条件.斜坡加热对东亚夏季风也有明显的增强作用,它不仅加强了中国东部低空西南季风环流,还会造成北部南下的异常干冷空气的响应.斜坡上的地形加热作用也是对流层高层暖中心位置维持在斜坡上空的一个重要原因.而高原平台加热对季风环流和降水的影响虽然没有喜马拉雅山脉斜坡加热那么显著,但是对南亚夏季风的影响范围更广,对经向哈得来环流影响更明显,能够调控高原以外更远处热带洋面上的西南季风环流.通过比较高原不同区域地形加热条件下的多种季风指数,进一步表明了高原地形加热对南亚和东亚夏季风均有增强作用,但是高原不同区域的地形加热对两类夏季风子系统又会产生不一样的影响.     

末次冰盛期以来东亚季风变化历史——中国北方的地质记录

全球变暖对中国北方气候的影响已经引发了学术界的广泛关注,地质增温期东亚季风变迁历史可为理解未来气候变化提供重要参考.文章主要基于中国北方夏季风边缘带的湖泊、黄土等记录的古植被信息,探讨了末次冰盛期至全新世全球增温过程中东亚季风的变化历史.地质记录显示,末次冰盛期东亚冬季风增强,夏季风减弱,中国北方气候干冷,大部分地区呈现荒漠草原或干草原景观,贺兰山以东沙地的东南边界和现代沙地边界接近或略向东南方向小幅扩张.在由冷转暖的末次冰消期,东亚冬季风逐渐减弱,夏季风逐渐增强,但在快速变冷的Heinrich 1(H1)和Younger Dryas(YD)事件期间,中国北方气候变干.全新世冬季风减弱,夏季风显著增强,季风雨带向西北推进至少300km,中国中东部干旱区范围大幅度缩小,北方喜暖喜湿植物显著增加.从夏季风边缘带的记录看,中全新世夏季风最为强盛.显然,古增温有利于东亚夏季风的增强,从而极大改善中国北方的生态环境.如果全球变暖持续下去,中国北方将变得湿润.与轨道尺度记录相比,高分辨率的古植被记录较为缺乏,全新世气候突变事件以及百年-十年尺度气候旋回尚需深入研究,应作为今后研究的重点.     

基于孢粉的古气候参数定量重建:一种新思路及其在中国的应用实例

传统的孢粉-古气候定量重建评估主要衡量校准集对现代气候状况的模拟结果或化石样品与校准集样品的可比程度,客观上导致特定地点重建气候参数的取舍缺少明确标准.基于国际上通过随机数据开展定量重建显著性检验的新方法,充分利用中国环境梯度大、植被类型丰富、现代表土孢粉数据完善等优势,提出一种孢粉-古气候参数定量重建的新思路:首先确定控制化石孢粉组成变化最主要环境因子,随后通过限制其他环境因子来构造校准集以开展该因子的定量重建,最后完成重建结果显著性评估.将该思路应用于分别位于黄土高原东、西两侧的吕梁山公海和六盘山天池化石孢粉序列,所获得的年降水量P_(ann)定量重建不仅具有统计上的显著性(p0.001),且相互间在共同时段表现出良好、稳定的相关关系,均指示了约3300cal a BP以来的东亚夏季风降水快速下降,显示其具备降低基于孢粉的古气候参数定量重建不确定性的较大潜力.