全新世中期中国气候和东亚季风:PMIP4模式结果

利用国际古气候模拟比较计划(PMIP)最新第四阶段(PMIP4)中14个气候模式的试验数据,集中研究了距今约6 000年的全新世中期中国气候和东亚季风。与早期PMIP第三阶段(PMIP3)多模式结果类似,全新世中期中国年、冬季和春季地表气温较工业革命前期偏冷,而夏季和秋季偏暖,其中年和冬季模拟偏冷与大部分地质记录显示的偏暖不符;所有14个PMIP4模式集合的中国区域平均年和季节温度变化绝对值为0.08~1.69 ℃,较PMIP3多模式平均结果额外偏小0.01~0.45 ℃,这部分源于大气二氧化碳浓度的减少。在用于分析的11个PMIP4模式平均结果中,全新世中期中国年平均降水、蒸发和有效降水(即降水量减蒸发量)相对于工业革命前期分别增加2%、减少1%和增加7%,所有3个物理量在季节上均表现为冬春季减少,夏秋季增加。对比PMIP4模式和PMIP3多模式平均结果,上述3个物理量的中国区域平均值和区域变化差异均在夏、秋季大于年和冬、春季;相比于PMIP3模式,PMIP4模式模拟的年有效降水变化与地质记录更为接近。全新世中期东亚冬、夏季风在14个PMIP4模式中均模拟加强,所有模式平均较工业革命前期分别增强11%和32%;在区域尺度上,与早期PMIP3模式相比,当前PMIP4模式模拟的季风环流增强幅度在东亚北部更强,南部偏弱。     

长江-黄河源区未来气候情景下的生态环境变化

在IPCC的情景下,青藏高原到2100年气温将上升2～3.6℃,最大的升温将出现在冬季,降水模式将会逐渐发生改变,从北部的增加到西南的减少.对于江河源区的范围,到2100年增温在2.4～3.2℃,降水量增加约-50～200mm.植被群落在气候变化条件将发生明显变化,温带草原到寒温带针叶林群落的面积增加,而温带荒漠到冰缘荒漠的面积都缩小,分布界线向更高的海拔高度迁移.到2100年气温上升3℃,降水不变则冰川长度小于4km以下的冰川大都消失,整个长江源区的冰川面积将减少约60%以上.如果考虑降水增加,冰川面积在2100年气候条件下减少约40%,将从现在的1168.18km²减少到00km²左右,冰川融水的比重也将会由现在的占河流总径流的25%下降到18%.另外,由于冰川大量退缩,草地和湿地蒸发量加大,许多湖泊将会退缩和干涸,沼泽地退化、沙化扩展,草地退化等一系列严重的生态问题将更加突出.     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究

根据航空摄影相片、地形图、遥感影像数据,分析了祁连山西段自小冰期至1990年的冰川变化,得出该地区在小冰期至1956年间冰川面积减小幅度为16.9%,冰川储量减少了14.1%;1956-1990年间冰川仍以退缩为主,此时段冰川面积和储量减小量占1956年时相应量的10.3%和9.3%.分析认为冰川退缩主要与1956-1966年时段气温偏高、降水偏少有关,而且该流域区对应于1956-1966年间强负物质平衡的冰川退缩可能出现于1960年代中期至1970年代中期.     

从末次冰盛期冰川规模探讨当时的气候环境——以乌鲁木齐河源区末次冰盛期冰川为例

根据乌鲁木齐河源区末次冰盛期形成的保存完好的古冰川遗迹和现代气候条件下冰川物质平衡与气候的关系，用冰川动力学方法估算出冰川达到末次冰盛期规模时的气候条件。依据末次冰盛期冰川面积，结合冰川平衡线高度和冰川体积综合分析，乌鲁木齐河源区末次冰盛期的夏季气温应比现代低４．８℃左右，降水约只有现代的３０％。但目前其它古气候方法的研究结果表明，末次冰盛期的夏季气温比现代低５．６℃左右，两者相差０．８℃，其原因可能主要是冰川动力学方法未考虑构造抬升对气温的影响，据此推测，乌鲁木齐河源区末次冰盛期至今的构造上升量约为１３０ｍ。     

CMIP5多模式集合对南亚印度河流域气候变化的模拟与预估

利用印度河流域CRU、APHRODITE和CMIP5多模式逐月气温、降水格点数据集, 评估了CMIP5模式集合对印度河流域气候变化的模拟能力; 对多模式集合数据进行了偏差订正, 并对流域2046-2065年和2081-2100年气候变化进行了预估. 结果表明: 气候模式对流域年平均气温时间变化和空间分布特征有着较强的模拟能力, 时间空间相关系数均达到了0.01的显著性水平, 尤其对夏季气温的模拟要优于其他季节; 模式对降水的季节性波动也有着较好的模拟能力. 偏差订正后的预估结果表明, RCP2.6、4.5、8.5情景下, 相对于基准期(1986-2005年), 21世纪中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)整个流域年平均气温都有一定上升, 且流域上游增幅较大; 除RCP4.5情景下21世纪中期流域有弱减少趋势外, 年降水量都将有一定增长. 未来夏季持续升温将引起源区冰川的进一步消融, 春季降水对于中高海拔地区水资源的贡献将减弱; 流域北部高海拔区域冬季降水的增加有助冰川累积和上游水资源的增加, 东部高海拔区域冬季降水的减少会减少上游水资源. 两时期夏季降水都有一定的增长, 洪涝的发生风险加大; 流域暖事件和强降水事件也将可能增多.     

1970-2000年念青唐古拉山脉西段冰川变化

运用多光谱遥感资料监测冰川变化已成为冰川研究的有效数据源,分析了念青唐古拉山脉西段念青唐古拉山峰区1970年冰川及Landsat ETM (2000)解译的冰川分布.结果显示,念青唐古拉山峰区共有870条冰川,30 a来冰川面积减小了5.7%,冰储量减少了7%;其中,冰川面积1～5 km2的冰川退缩的贡献最大,占总面积退缩量的56.7%.念青唐古拉山东南坡与西北坡的退缩幅度稍有不同,东南坡冰川面积减少了5.2%,西北坡冰川面积减少了6.9%.西北坡的拉弄冰川长度减少了(305±36) m,年退缩率为(10.2±1.2)m·a-1,面积退缩为2.6%.当雄气象站的资料表明,冰川退缩主要受温度持续上升的影响,尤其是1985年以来的温度快速上升的影响.对处于西北坡冰川体积变化分析表明,冰川体积减少可能是导致纳木错湖水位上升、水量增加的重要因素.     

21 ka以来东亚夏季风区南部和北部气候变化的模拟与重建对比

古气候重建和模拟研究相结合可有效揭示气候变化的机制,但针对东亚夏季风区的相关研究还有待深入。文章基于现代观测数据及古气候记录的定量化重建结果,评估过去21 ka气候瞬变模拟(Transient Climate Evolution simulation over last 21000 years,简称TraCE-21ka)对现代东亚气候及古夏季风演变的再现能力,对比分析其异同并探索东亚夏季风区南部(SEASM)和北部(NEASM)特征时期的气候变化及可能的驱动机制。结果表明:TraCE-21ka模拟和定量化重建结果相对一致,即末次冰盛期偏干冷,全新世早中期偏暖湿,但模拟的变化幅度小于重建。相对于SEASM,NEASM变化幅度较显著。同时,SEASM的温度及降水和NEASM的温度在整个全新世期间模拟和重建的结果一致性较高,但NEASM模拟和重建的降水在晚全新世一致而早全新世不一致。相对于重建降水的南部和北部显著不同步变化,即南部降水在早全新世高而北部在中全新世高,模拟降水的南、北差异性较小,且为全新世持续减弱夏季风演变的结果。这种重建与模拟间的不同可能来源于地表过程对气候演变敏感度的区域性差异,也可能来源于粗分辨率模拟所造成的系统性气候偏移。     

从末次冰盛期冰川规模探讨当时的气候环境

根据乌鲁木齐河源区末次冰盛期形成的保存完好的古冰川遗迹和现代气候条件下冰川特平衡与气候的关系。用冰川动力学方法估算出冰川达到末次冰盛期规模时的气候条件。依据末次冰盛期冰川面积，结合冰川平衡线高度和冰川体积综合分析，乌鲁木齐河源区末次冰盛期的夏季气温应比现代低４．８℃左右，降水约只有现代的３０％，但目前其它古气候方法的研究结果表明，末次冰盛期的夏季气温比现代低５．６℃左右，两者相差０．８℃，其原因可     

祁连山区冰川演变特征及对气候变化的响应——以苏干湖流域为例

冰川是西北干旱地区河流补给的重要来源,近几十年来,受气候变化影响,西北内陆河冰川面积退缩强烈,对流域水资源产生重大影响。利用1989-2013年的TM/ETM+遥感影像资料,通过波段比值阈值法结合GIS技术,提取了祁连山区苏干湖流域共计17期冰川边界数据,分析了冰川规模的变化规律,并结合气象资料研究了冰川区夏季气温和前期降水与冰川面积变化的响应关系,同时进行了相关性分析。结果表明：1989-2013年冰川面积呈持续退缩趋势,缩减速率为-3.01 km²·a^-1,年平均面积退缩率为-0.87%,冰川面积由快速缩减变为略微消融。其中,1989-2000年冰川面积急剧退缩,缩减速率达到-4.49 km²·a^-1,2000年后冰川面积有较小的减少趋势,缩减速率为-0.09 km²·a^-1。分析认为,升温幅度的增大是导致20世纪90年代以来苏干湖流域冰川退缩加剧的根本原因,而冰川面积对于降水量的变化并不敏感,建立了冰川区7-8月平均气温与冰川面积的回归关系式。     

Late Quaternary glaciation of Tibet and the bordering mountains: a review

Abundant glacial geologic evidence present throughout Tibet and the bordering mountains shows that glaciers have oscillated many times throughout the late Quaternary. Yet the timing and extent of glacial advances is still highly debated. Recent studies, however, suggest that glaciation was most extensive prior to the last glacial cycle. Furthermore, these studies show that in many regions of Tibet and the Himalaya glaciation was generally more extensive during the earlier part of the last glacial cycle and was limited in extent during the global Last Glacial Maximum (marine oxygen isotope stage 2). Holocene glacial advances were also limited in extent, with glaciers advancing just a few kilometers from their present ice margins. In the monsoon-influenced regions, glaciation appears to be strongly controlled by changes in insolation that govern the geographical extent of the monsoon and consequently precipitation distribution. Monsoonal precipitation distribution strongly influences glacier mass balances, allowing glaciers in high altitude regions to advance during times of increased precipitation, which are associated with insolation maxima during glacial times. Furthermore, there are strong topographic controls on glaciation, particular in regions where there are rainshadow effects. It is likely that glaciers, influenced by the different climatic systems, behaved differently at different times. However, more detailed geomorphic and geochronological studies are needed to fully explore regional variations. Changes in glacial ice volume in Tibet and the bordering mountains were relatively small after the global LGM as compared to the Northern Hemisphere ice sheets. It is therefore unlikely that meltwater draining from Tibet and the bordering mountains during the Lateglacial and early Holocene would have been sufficient to affect oceanic circulation. However, changes in surface albedo may have influenced the dynamics of monsoonal systems and this may have important implications for global climate change. Drainage development, including lake level changes on the Tibetan plateau and adjacent regions has been strongly controlled by climatic oscillations on centennial, decadal and especially millennial timescales. Since the Little Ice Age, and particularly during this century, glaciers have been progressively retreating. This pattern is likely to continue throughout the 21st century, exacerbated by human-induced global warming.     

Extensive Early and Middle Wisconsin Glaciation on the Western Olympic Peninsula, Washington, and the Variability of Pacific Moisture Delivery to the Northwestern United States

Large glaciers descended western valleys of the Olympic Mountains six times during the last (Wisconsin) glaciation, terminating in the Pacific coastal lowlands. The glaciers constructed extensive landforms and thick stratigraphic sequences, which commonly contain wood and other organic detritus. The organic material, coupled with stratigraphic data, provides a detailed radiocarbon chronology of late Pleistocene ice-margin fluctuations. The early Wisconsin Lyman Rapids advance, which terminated prior to ca. 54,000 ¹⁴C yr B.P., represented the most extensive ice cover. Subsequent glacier expansions included the Hoh Oxbow 1 advance, which commenced between ca. 42,000 and 35,000 ¹⁴C yr B.P.; the Hoh Oxbow 2 advance, ca. 30,800 to 26,300 ¹⁴C yr B.P.; the Hoh Oxbow 3 advance, ca. 22,000–19,300 ¹⁴C yr B.P.; the Twin Creeks 1 advance, 19,100–18,300 ¹⁴C yr B.P.; and the subsequent, undated Twin Creeks 2 advance. The Hoh Oxbow 2 advance represents the greatest ice extent of the last 50,000 yr, with the glacier extending 22 km further downvalley than during the Twin Creeks 1 advance, which is correlative with the global last glacial maximum. Local pollen data indicate intensified summer cooling during successive stadial events. Because ice extent was diminished during colder stadial events, precipitation—not summer temperature—influenced the magnitude of glaciation most strongly. Regional aridity, independently documented by extensive pollen evidence, limited ice extent during the last glacial maximum. The timing of glacier advances suggests causal links with North Atlantic Bond cycles and Heinrich events.     

中国西部冰川对近期气候变暖的响应*

中国冰川主要分布在青藏高原及周边地区,在这一广大的区域内分布有冰川46377条。研究表明,中国西部变暖显著,1950年代以来平均气温上升0.2℃/10a,其中1990年代是近千年中最暖的10年;同时,1950s以来西北各省的降水量增加了约18 ％ 。为认识这一气候变化对中国西部冰川的影响,利用遥感和地理信息系统方法,获取了近50a来5000多条冰川的变化状况。结果表明,中国西部82.2 ％ 的冰川处于退缩状态,冰川面积减少了4.5 ％ ,同时也有一些冰川处于前进状态。此外,近数十年中国西部冰川变化表现出明显的区域差异,青藏高原中部和西北部地区的冰川相对稳定,而高原周边山区的冰川物质亏损严重,处于加速退缩状态。     

长江源区冰川对气候变化的响应

长江源区是青藏高原冰川分布集中的地区之一,冰川总面积达1276.02km².研究表明,该区属于青藏高原升温幅度最大的地区之一,到2050年气温将比1961—1990年平均气温高出2.3~2.7℃,降水增加1%~33%.基于冰川编目资料,采用有关对长江源区未来50a内的气温和降水预测数据,应用冰川系统对气候响应的模型,对该区未来50a内冰川变化趋势进行预测.结果表明:到2010年、2030年、2050年该区冰川面积平均将减少3.2%、6.9%和11.6%;冰川径流平均将增加20.4%、26%和28.5%;零平衡线上升值为14m、30m和50m左右.最后,针对气候变化的不确定性,对预测结果的不确定性进行了探讨.     

Timing and extent of Holocene glaciations in the monsoon dominated Dunagiri valley (Bangni glacier), Central Himalaya,India

Field stratigraphy and optical and radiocarbon dating of lateral moraines in the monsoon dominated Dunagiri valley of the Central Himalaya provide evidence for three major glaciations during the last 12 ka. The oldest and most extensive glaciation, the Bangni Glacial Stage-I (BGS-I), is dated between 12 and 9 ka, followed by the BGS-II glaciation (7.5 and 4.5 ka) and the BGS-III glaciation (∼1 ka). In addition, discrete moraine mounds proximal to the present day glacier snout are attributed to the Little Ice Age (LIA). BGS-I started around the Younger Dryas (YD) cooling event and persisted till the early Holocene when the Indian Summer Monsoon (ISM) strengthened. The less extensive BGS-II glaciation, which occurred during the early to mid-Holocene, is ascribed to lower temperature and decreased precipitation. Further reduction in ice volume during BGS-III is attributed to a late Holocene warm and moist climate. Although the glaciers respond to a combination of temperature and precipitation changes, in the Dunagiri valley decreased temperature seems to be the major driver of glaciations during the Holocene.     

中国西部末次冰期以来冰川、环境及其变化

晚更新世以来,由于青藏高原及其周围山地的上升,中国西部的气候愈来愈干冷,冰川发育受到抑制。末次冰期最盛时,雪线比今日低300—1500m,古冰缘下限比今日低300—1400m,高山带的气温比今日低3—7℃,高原外围地区低8—10℃。青藏高原从13000aB.P.开始气候变暖,6000aB.P.高温期时冰川强烈退缩或消失,4000—3000aB.P.气候又再次变冷进入全新世新冰期和现代小冰期。目前气候又开始变暖,大部冰川又转入后退时期。     

天山末次冰期以来干旱化过程的冰川证据

依据天山7个有确切年代学资料的典型地区进行冰川面积和平衡线高度等重建,揭示天山地区末次冰期以来冰川经历的扩张和收缩过程。冰川规模在MIS 4~MIS 3大幅度扩张,形成大规模的复合型山谷冰川和山麓冰川;MIS 2冰川扩张显著,但远不及MIS 4~MIS 3,许多山区形成大型山谷冰川;全新世新冰期NG和小冰期LIA都略有扩张,冰碛垄分布在现代冰川外围,冰川类型与现在一致。冰川平衡线高度的降幅亦表现为MIS 4~MIS 3最大,MIS 2以后降幅递减。MIS 4~MIS 3天山冰川大规模扩张与欧亚冰盖演化,巨大冰前湖泊、广阔的湿地的形成为西风提供更多水气带到天山有关;MIS 2至今,随着欧亚冰盖减小到消失,西风带来的水气渐少,干冷的蒙古高压逐渐加强,制约了冰川规模扩张。     

1956—2017年河西内流区冰川资源时空变化特征

基于修订后的河西内流区第一、 第二次冰川编目数据及2016—2017年Landsat OLI遥感影像, 对河西内流区1956—2017年冰川时空变化特征进行分析。结果表明： ①河西内流区现有冰川1 769条, 面积976.59 km², 冰储量约49.82 km³。冰川面积以介于0.1 ~ 10 km²的冰川为主, 数量以<0.5 km²的冰川为主。祁连山是该区域冰川集中分布区, 其冰川数量、 面积和冰储量分别占该区域冰川相应总量的98.47%、 97.52%和97.53%。②疏勒河流域（5Y44）冰川数量、 面积及冰储量最多（最大）, 冰川平均面积为0.81 km², 石羊河流域（5Y41）最少（最小）。从四级流域来看, 宁掌等流域（5Y445）冰川最为发育, 冰川数量、 面积及储量均最大, 宰尔莫合流域（5Y446）冰川平均面积最大（1.80 km²）, 夹道沟-潘家河流域（5Y422）最小, 仅有0.05 km²。③近60年河西内流区冰川数量减少556条, 面积减少417.85 km², 冰储量损失20.16 km³。面积介于0.1 ~ 0.5 km²之间的冰川数量与面积减少最多（457条和 -117.49 km²）, 海拔4 400 ~ 5 400 m区间是冰川面积集中退缩的区域（98.55%）, 北朝向冰川面积减少最多（-219.92 km²）且冰川退缩速率最快（-3.61 km²·a^-1）。④1956—2017年河西内流区各流域冰川面积均呈退缩态势, 区内冰川变化呈自西向东逐渐加快的趋势, 但有3条冰川在1986—2017年出现不同程度的前进, 气温升高是该区域冰川退缩的主要原因。     

Uranium-Series Ages of Travertines and Timing of the Last Glaciation in the Northern Yellowstone Area, Wyoming-Montana

Uranium-series age determinations by mass spectrometric methods were done for travertines and associated carbonate veins related to clastic deposits of the last glaciation (Pinedale) in the northern Yellowstone area. Dramatic variations in the hydrologic head are inferred from variations in the elevation of travertine deposition with time and are consistent with the expected hydrologic effects of glaciation. We determine the following chronology of the Pinedale Glaciation, with the key assumption that travertine deposits (and associated carbonate veins) perched high above present thermal springs were deposited when glaciers filled the valley below these perched deposits: (1) the early Pinedale outlet glacier advanced well downvalley between 47,000 and 34,000 yr B.P.; (2) the outlet glacier receded to an interstadial position between 34,000 and 30,000 yr B.P.; (3) an extensive Pinedale ice advance occurred between 30,000 and 22,500 yr B.P.; (4) a major recession occurred between 22,500 and 19,500 yr B.P.; (5) a minor readvance (Deckard Flats) culminated after 19,500 yr B.P.; and (6) recession from the Deckard Flats position was completed before 15,500 yr B.P. This chronology is consistent with the general trend of climatic changes in the northern hemisphere as revealed by recent high-resolution ice-core records from the Greenland ice sheet.     

滇西北山地末次冰期冰川发育及其基本特征

对滇西北海拔4 000~4 500 m 山地的第四纪冰川发育和平衡线高度进行了研究. 结果表明: 古冰川发育主要依托海拔4 000~4 300 m的夷平面,早中期发育小型的冰帽以及流入四周谷地的山谷冰川,晚期主要发育规模较小的冰斗冰川. 冰川主要发育期为末次冰期,古冰川平衡线、山体最高峰以及夷平面的高度显示,冰川发育所依托的夷平面在末次冰期时超过古平衡线,二者差值为50~400 m,为冰川发生提供了良好的地形与地势条件. 冰川规模演化表明,滇西北地区多处山地MIS 3中期的冰川规模大于末次冰盛期（LGM）,可能与MIS 3中期较强南亚季风带来较丰富的降水有关. 古气候研究资料以及研究区的冰期系列表明,滇西北海拔4 000~4 500 m山地末次冰期的冰川作用是构造和气候相耦合的结果.