青藏高原冰芯稳定氧同位素记录的温度代用性研究

以青藏高原为主体的第三极地区是中、低纬度最大的冰川作用区.冰芯记录可为该地区过去气候环境变化研究提供重要的信息.但在青藏高原地区尤其是高原南部印度季风影响区,其冰芯稳定同位素记录的解释还存在着不确定性.本文整合青藏高原不同空间位置上的10支冰芯δ18O记录,以研究其空间集成的序列与区域温度的关系,来论证青藏高原冰芯稳定同位素指标的温度代用性.将青藏高原北部和南部各5支冰芯及整个青藏高原面上的这10支冰芯δ18O记录经Z-score标准化处理后,与相应区域的器测气温标准化序列进行统计分析.结果发现,无论是高原北部、高原南部还是整个高原面上,冰芯δ18O与气温的标准化序列均存在显著的相关关系.在此统计分析基础上,将冰芯δ18O标准化序列延伸至1900年,从而重建了20世纪青藏高原地区气温变化,该气温序列与北半球气温变化具有较好的相似性.如上分析表明,青藏高原冰芯δ18O记录是区域气温变化的良好代用指标,多支冰芯δ18O记录的综合集成能更好地揭示过去气候变化特征.     

利用树轮资料重建天山中段南坡巩乃斯地区公元1777年来平均最高气温变化

利用年轮平均灰度年表重建了天山巩乃斯地区自公元1777年来当年5月至8月平均最高气温,方差解释量达41％(调整自由度后为39％).过去232年来,巩乃斯地区平均最高气温变化存在2个偏冷阶段和1个偏暖阶段.重建序列具有154年、77年、2.7年和2.3年的准周期,并且在1842年前后、1880年前后、1923年前后发生了...     

1468-2001年新疆精河5～8月平均气温的重建

精河流域上游的3个树轮年表与精河5～8月的平均气温相关显著.考虑到气温对树木年轮生长的滞后效应,重建了精河1468-2001年的5～8月的平均气温,方差解释量为62.2%.在1468-2001年的534 a中精河共经历了7个偏暖和7个偏冷期,在不同阶段气温的变化周期不一致,气温在1541年、1684年、1855年和1969年前后出现突变.     

以树轮宽度重建公元1558年以来华山5～6月平均温度及20世纪中后期升温

通过对秦岭东端华山地区油松树木年轮宽度序列的分析研究,探讨了华山地区油松对气候环境响应的敏感性,结果表明在华山地区油松对气温和降水的响应均高于华山松,与 5～6月平均温度相关较高,且通过了0.01显著性信度检验。在此基础上,我们重建了华山地区 1558～2006年间 5～6月的平均温度,重建序列的方差解释量达到41%。结果显示： 华山过去449年中,大部分年份 5～6月平均温度在平均值附近波动,变幅不大; 重建序列可与秦岭南五台 5～7月温度序列进行良好对比,其年际间相关系数达到了0.49(N＝246, p<0.0001)。华山地区20世纪 20～30年代初的暖期略偏低; 20世纪30年代中期至50年代是整个重建时段中低温持续时间较长的时段; 20世纪60年代之后,气温波动平缓; 从20世纪70年代开始快速升温,对全球变暖有较强响应。     

基于树轮资料初探过去千年强火山喷发与青藏高原东部温度变化关系

强火山喷发是影响年际至年代际全球气候变化的重要因素之一。基于树木年轮资料重建的6条温度序列,集成重建了青藏高原东北部过去1 300多年和青藏高原东南部过去600多年的温度序列。在过去1 300多年,青藏高原东北部存在3个明显的冷期:670—920年、1000—1310年和1590—1930年;3个明显的暖期:920—1000年、1310—1590年和1930—2000年。青藏高原东南部过去600多年存在2个明显的冷期:1385—1450年和1570—1820年,2个明显的暖期:1450—1570年和1820—2000年。结合火山活动序列年表,利用时序叠加法,初步分析了过去千年强火山喷发对青藏高原东部温度变化的影响。结果表明:10°S~10°N的强火山喷发后第一年青藏高原东部出现降温,并且在α=0.05置信水平上东北部地区降温显著,东南部地区第二年达到降温显著水平;其他纬度的强火山喷发对青藏高原东北部和东南部的温度影响存在一定差异,第一年后两区均发生降温,但均未达到显著水平,然而青藏高原东北部地区第四年降温达到显著水平。这可能主要是由区域差异、不同季节温度对火山活动响应差异,或者火山喷发性质、季节、纬度以及区域的气候背景存在差异引起的。     

油松年轮记录的河北围场公元1884年以来5～6月平均温度

相关函数分析表明,河北围场的油松年轮宽度指数与 5～6月平均温度显著相关,在此基础上,设计转换方程,重建了该地区1884年至2002年当年5月至6月的平均温度,重建序列的方差解释量达到43.7%(调整自由度后为41.3%)。重建温度序列表明,温度低于多年(1884～2002年)平均温度的时段主要有 1897～1901年、1913～1923年、1949～1978年和 1992～1995年; 高于多年平均温度的时段主要有 1884～1896年、1902～1912年、1924～1942年和 1979～1992年。重建的温度序列具有较大的区域代表性,它与陕西南五台 5～7月温度显著相关,年际尺度上相关系数为r＝0.18(N＝119,p<0.05),它也与由历史文献记录划分的大同北京二地旱涝指数及亚洲太平洋年代际涛动指数(PDO)均显著相关,表明重建序列在一定程度上反映了大范围的气候变化状况。     

树木年轮重建阿勒泰西部1481-2004年6-9月降水量序列

根据采自阿勒泰西部地区5个采点的树木年轮样本, 建立了该地区的树轮年表. 通过相关普查发现, 其差值年表序列与该地区当年6-9月的降水量存在明显的负相关关系, 且具有明确的树木生理学意义. 用沙勒哈(t, t 1)两个树轮差值年表序列可较好地重建该地区1481-2004年524 a来的当年6-9月的降水量, 且经过交叉检验表明重建方程稳定可靠. 分析发现, 阿勒泰西部地区524 a来的重建降水量序列具有9个偏干阶段和9个偏湿阶段, 并且具有34.8 a、 5.0～5.1 a、 4.3～4.4 a、 3.9～4.0 a、 3.7 a和3.4 a的显著干湿变化准周期. 重建降水量序列在1518年、 1548年、 1634年、 1765年、 1856年前后发生过突变.     

东南极LGB69冰芯1712-2001年气温变化记录的初步研究

南极冰芯记录着过去气温、降水等气候环境参数以及影响其变化的太阳活动、火山作用等各种因子变化,是研究古气候、古环境变化及其影响机制的良好载体.东南极LGB69冰芯高分辨率的地球化学分析表明:①该冰芯的水当量年平均积累率高达259 mm/a,利用δ18O和Na+季节性变化和火山喷发标志层,通过数年层的方法确定其沉积时间为290 a(1712-2001年)±2 a;②该冰芯δ18O与邻近的戴维斯站气温距平5年滑动平均值(1968-2001年)之间具有良好的正相关关系,是有效的气温代用指标,1712-2001年该地区气温是一个波动变暖的过程,划分为4个阶段,小冰期结束于1914年,20世纪5年滑动平均气温距平年平均值较小冰期末次冷阶段升高0.30C;③Morlet小波分析表明,1712-2001年该冰芯δ18O(气温)和积累率(降水量)均存在约11年、约22年和约60年的共同周期,多重时间周期的嵌套表明其对气候变化非常敏感.上述研究结果为进一步重建南极气候冷暖、降水序列变化,以及研究太阳活动、火山作用等因子对气候变化影响的内在规律奠定了基础.     

阿尔泰山历史时期气候水文变化特征分析

通过分析总结在中国阿尔泰山区域已取得的树轮气候学和树轮水文学研究成果,选取了5条气温重建序列,3条降水重建序列和2条径流量重建序列,对各序列在全频域、低频域和高频域的相关系数、序列的阶段变化、极值年份、周期等特征展开了讨论和对比,并对阿尔泰山气候的年代际变化进行了分析。结果表明：（1）目前在阿尔泰山开展的气温重建中,重建时段均在树木生长季内,5条气温重建序列显示在1690年代-1700年代、1730年代、1780年代-1790年代为偏冷时期,1710年代-1720年代、1800年代-1830年代、1940年代-1960年代及1990年代以来为偏暖时期。有3条序列指示1830年为暖年,1698年、1784年、1911年、1985-1986年为冷年。（2）3条降水重建序列显示,1830年代-1860年代经历了一段降水量相对平稳的时期,1870年代-1900年代为持续时间最长的干旱时期,1900年为干旱年。（3）2条径流量重建序列显示,1730年代和1810年代-1820年代为丰水期,1750年代和1870年代-1890年代为枯水期,降水量对哈巴河径流量有较大影响。（4）年代际气候变化分析显示,阿尔泰山在1830年代-1990年代以暖干为主,1990年代以后进入了暖湿时期。     

1671—2006年伊犁尼勒克地区7—8月降水序列的重建与分析

通过对新疆伊犁尼勒克地区3个采点的雪岭云杉树轮宽度标准化年表与尼勒克气象站月降水的单相关普查发现,树轮宽度标准化年表与上年7—8月降水呈显著正相关,且具有明确的树木生理学意义.将树轮宽度标准化年表进行平均得到区域树轮宽度年表,再考虑到上年7—8降水对当年、次年及再次年树木年轮生长的影响,建立区域年表对上年7—8降水的重建方程,重建了1671—2006年336a来的7—8月降水序列,经多方面验证,重建结果是可信的.336a来,尼勒克地区7—8月降水经历了6个偏干阶段和7个偏湿阶段,其中偏湿年数多于偏干年数;最干旱年份为1713年,7—8月降水比多年均值偏少69.4%;最湿润年份为1783年,7—8月降水比多年均值偏多63.5%;7—8月降水长序列变化存在2.0a、2.2a、3.8a、4.9a、9.7a的显著准周期,且在1757年、1852年、1899年前后降水由多向少发生突变,1718年、1778年、1873年前后降水由少向多发生突变,1757年、1778年前后的突变与前人的研究结果相一致.     

A 352-year record of summer temperature reconstruction in the western Tianshan Mountains,China, as deduced from tree-ring density

Three robust tree-ring density chronologies were developed for the western Tianshan Mountains of northwestern China. The chronologies were significantly correlated and form a regional chronology (GLD). The GLD had significant and positive correlations with temperature of warm seasons. Based on this relationship, the mean minimum temperatures of May to August were reconstructed using the GLD chronology for the period AD 1657 to 2008. The temperature reconstruction exhibited temperature patterns on interannual to centennial timescales, and showed that the end of the 20th century is the warmest period in the past 352 years. The reconstructed temperature variation has a teleconnection with large-scale atmospheric–oceanic variability and captures long- and broad-scale regional climatic variations.     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系。结果表明：新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城和伊犁河谷的大部地区是新疆积雪最丰富的地区,也是积雪期相对较长的区域。近57年来,北疆和天山山区78%气象站积雪期呈减少趋势,其中塔城地区和阿勒泰东部以及中天山一带的部分地区减少显著;67%气象站积雪初日推迟,显著推迟区域与积雪期显著减少的区域基本一致;积雪终日变化趋势不明显。北疆和天山山区积雪期存在2~3 a的短周期、14~15 a的长周期;积雪初日分别以12 a、15 a长周期振荡为主,但3~5 a短周期振荡出现的时段有所差异,两个区域积雪终日周期信号均较弱。北疆和天山山区积雪期、积雪初日和终日受气温的影响大于降水,其中积雪初日、终日出现的早晚与其所处季节的平均气温显著相关。     

天山南坡台兰河流域冰川物质平衡变化及其对径流的影响

应用控制流域的径流及相关降水资料,通过模型重建了台兰河流域平均冰川物质平衡序列.结果显示,1957—2000年流域冰川平均年物质平衡为-287mm,累计冰川物质平衡-12.6m;44a来由于气温升温引起的冰川净消融相当于每年补给河流径流1.24×10⁸m³,占河流年径流量的15%.1982年以后,流域冰川物质平衡一直呈负平衡,1957—1981年平均物质平衡为-168mm·a^-1,1982—2000年平均为-445mm·a^-1.随着气候由暖干向暖湿转型,降水量增加,但冰川对气温的敏感性更大,冰川消融加快,冰川融水量持续增加.气温和降水量的变化与北大西洋涛动和北极涛动变化一致,其突变年份都在1986—1988年左右.     

Boreal temperature variability inferred from maximum latewood density and tree-ring width data, Wrangell Mountain region, Alaska

Variations in both width and density of annual rings from a network of tree chronologies were used to develop high-resolution proxies to extend the climate record in the Wrangell Mountain region of Alaska. We developed a warm-season (July–September) temperature reconstruction that spans A.D. 1593–1992 based on the first eigenvector from principal component analysis of six maximum latewood density (MXD) chronologies. The climate/tree-growth model accounts for 51% of the temperature variance from 1958 to 1992 and shows cold in the late 1600s–early 1700s followed by a warmer period, cooling in the late 1700s–early 1800s, and warming in the 20th century. The 20th century is the warmest of the past four centuries. Several severely cold warm-seasons coincide with major volcanic eruptions. The first eigenvector from a ring-width (RW) network, based on nine chronologies from the Wrangell Mountain region (A.D. 1550–1970), is correlated positively with both reconstructed and recorded Northern Hemisphere temperatures. RW shows a temporal history similar to that of MXD by increased growth (warmer) and decreased growth (cooler) intervals and trends. After around 1970 the RW series show a decrease in growth, while station data show continued warming, which may be related to increasing moisture stress or other factors. Both the temperature history based on MXD and the growth trends from the RW series are consistent with well-dated glacier fluctuations in the Wrangell Mountains and some of the temperature variations also correspond to variations in solar activity.     

树轮宽度记录的天山东段近200a干湿变化

利用采自天山东部两处不同地点上下限的西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledb.)树轮样芯,分别建立了树轮宽度年表.经相关普查和响应函数的计算表明,天山东段森林下限的树轮年表与该地区3~6月的降水和气温相关显著,通过定义湿润指数,以树轮宽度为指标,重建了天山东段巴里坤地区近200 a来春季至初夏湿润指数的演变历史,解释方差为42%.统计分析表明,重建的湿润指数序列与邻近气象站的器测资料计算得到的湿润指数序列呈显著的正相关关系.重建序列能较好地反映天山东段近200 a来春季至初夏的干湿变化,在200 a中有6个显著的湿润时段和7个显著的干旱时段.天山东段近200 a来3~6月湿润指数序列的显著周期是11 a,然后依次存在16 a、5 a、8 a、3 a和32 a的稳定周期.     

Tree‐ring‐based annual precipitation reconstruction for the Hexi Corridor,NW China: consequences for climate history on and beyond the mid‐latitude Asian continent

An annual (July to June) precipitation reconstruction for the period AD 1760–2010 was developed from a Picea crassifolia regional tree‐ring chronology from two sites in the northern mountainous region of the Hexi Corridor, NW China. This reconstruction explains 52.1% of the actual precipitation variance during the period 1951 to 2010. Spatial correlations with gridded land‐surface data reveal that our reconstruction contains a strong regional precipitation signal for the Hexi Corridor and for the southern margin of the Badain Jaran Desert. Significant spectral peaks were identified at 31.9, 11.1, 8.0, 7.0, 3.2, 2.6 and 2.2 years. A large‐scale comparison indicates that our reconstruction is more consistent with climate records of a Westerly‐dominated Central Asia, and that the Westerlies have a greater impact on the precipitation in this region than the Asian summer monsoon. Our reconstructed precipitation series is significantly correlated with sea‐surface temperature (SST) in the tropical Atlantic Ocean (positive), the tropical Indian Ocean (positive), the western tropical Pacific Ocean (positive), and the western North Pacific Ocean (negative). The spatial correlation patterns between our precipitation reconstruction and SSTs of the Atlantic and Pacific Oceans suggest a connection between regional precipitation variations and the high‐mid‐latitude northern atmospheric circulations (Westerlies and Asian summer monsoon).     

深海温度变化对太阳活动的响应

通过太平洋、大西洋深海温度场谱分析发现,地球海洋温度变化广泛盛行着22年尺度的年代际周期性变化,这种22年变化周期在深层海洋中更为清楚。分析认为,这是地球海洋温度场对太阳磁场周期性变化的响应。世界海洋不同海域深海温度对于太阳磁场磁性22年周期响应的相位存在显著不同,南北大西洋海温变化相位相差115度,即变化趋势接近相反;南北太平洋海温变化相位相差19度,南太平洋变化超前。另外,太阳活动所激发的海温变化的振荡幅度在不同海域也有显著差异,北大西洋海温22年周期振幅为0.07℃,而南大西洋则高达018℃,是北大西洋的2.5倍之多!在太平洋中,北太平洋深海温度22年周期振幅最大,南太平洋次之,赤道中太平洋最小     

全球火山活动分布特征

根据全球活动火山目录 ,分析研究了全球火山分布的特征 ,描述了各区的火山活动分布 ,总结了火山活动强度的时、空分布特征。全球火山活动可分为三大区 ,西太平洋火山活动区 ,主要与太平洋板块向北西西方向的俯冲活动有关 ;东太平洋火山活动区 ,主要与太平洋东面的小板块 (胡安德富卡板块、科科斯、纳斯卡板块 )向美洲板块的俯冲有关 ;大西洋火山活动区 ,与大西洋和非洲的裂开 ,以及地中海带的活动有关。不同火山区带具有各自的最大喷发等级与相应的复发周期。一条火山弧上活动强度的分布往往是不对称的 ,意味着火山弧在整体上有其动力学的控制机理。火山活动显示了随纬度成带状分布。在 - 10～ 0° ,10 2 0° ,30 4 0°,5 0 6 0°分布有高值带。火山喷发活动还与当地的重力势有关 ,重力势正异常可能与高的正压力有关 ,有利于产生特大喷发。火山活动与大角度的正面俯冲带的弧后火山活动最强 ,当板块运动方向与板块边缘走向成小角度相交时 ,缺少正面俯冲的动力 ,火山活动相对平静。     

天山山区近40a夏季降水变化及与南北疆的比较

利用新疆1959-1998年的降水资料,分析了天山山区近40a来夏季降水变化特征,并与南疆、北疆进行了比较.结果表明:天山山区近40a来的夏季降水在干湿阶段、最干最湿年份、降水变化的周期方面均与南北疆有别;天山山区夏季降水空间上的同步性变化比南疆及北疆弱一些;天山山区近40a来夏季降水年代际变化与北疆较为相近.新疆近40a来夏季降水最多的年代是90年代,天山山区偏多12%,南疆偏多25%,北疆偏多21%.