42 ka BP气候事件在中国的降雨表现及其全球联系

利用最近几年公开发表的有确切年代控制的全新世高分辨率古气候记录如湖泊、泥炭、石笋等来研究42 ka BP气候事件在中国不同地区的降雨表现,发现42 ka BP左右中国南北方降水普遍减少。同时期热带非洲、南欧、中东、印度、韩国、北美洲中部大陆的高分辨率古气候记录一致表明,42 ka BP气候事件造成了整个北半球中低纬度地区的干旱。文章讨论了这次气候事件的可能驱动机制,认为太阳辐射变化导致的赤道辐合带南移和大洋海表温度的变化再加上地表植被的反馈作用可能是造成这次干旱事件的主要原因。最后对42 ka BP气候事件需要进一步加强研究的内容进行了展望。     

全新世事件3与古文化变迁

全新世事件3是1997年由Bond等提出的、指的是发生在4.2 ka BP左右的冷事件。此后,冰心、海洋沉积物、湖泊沉积物、石笋和泥炭等各种地质载体被广泛用于全新世事件3的研究当中。此次事件在全球范围内普遍存在,在北半球中、低纬度大部分地区以冷干的气候条件为主,而在北半球高纬度地区和南半球部分地区则以冷湿的气候条件为主。同时,这次冷干或者冷湿的气候波动对于当时世界范围内的古文化变迁产生了重要的影响,是造成非洲尼罗河流域古埃及文明、两河流域美索不达米亚古阿卡德帝国、印度河流域哈拉帕文明以及中国新石器文化的衰落的主要原因。而全新世事件3的主要成因很可能是当时太阳活动减弱,一方面导致北大西洋表层浮冰增加,表层海水温度降低,减弱了温盐循环,使海陆温差减小,季风减弱;另一方面使热带幅合带南移,在北半球中、低纬度大部分地区形成干旱降温事件。     

中国4.0 ka BP前后气候的空间分布特征及其对史前文明变迁的影响

本文收集整理了中国不同气候区84个地点110条4.0 ka BP前后的古气候、古环境记录,以讨论该时段前后气候的空间分布特征及其对史前文明变迁的影响.结果表明,4.0 ka BP前后中国绝大部分地区气候以降温为主.从湿度变化上看,北部、西北部的干旱区以及东部季风区的大部分地区气候为干或偏干状况,仅有少数记录,如长江下游、黄土高原中部偏南地区为“洪水”频发表征的湿度增加.总体上看,4.0 ka BP前后,中国气候似乎并未呈现“南湿润北干旱”的空间分布特征,部分地区出现的湿度增加或土壤侵蚀加剧情况,或与4.0 ka BP前后厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)变化引起季风降水的季节性分布差异加大有关.同时,中国北部、中原以及长江中下游地区新石器文明在该时段的普遍衰退,则表明气候、环境变化是4.0 ka BP前后史前文明变迁的重要驱动力.     

"8.2 ka BP冷事件"的研究现状展望

统计了全新世早期气候突变事件"8.2 ka BP冷事件", 并对其触发机制及区域气候响应做了较深入的分析. 从各种气候记录的分布情况来看, 全新世早期的这次冷事件是全球性气候事件, 并非是一种局部气候变冷事件. 全新世早期Agassiz和Ojibway阻塞湖在大约8.47 cal ka BP时突然排泄, 可能是造成8.4～8.0 cal ka BP时期北大西洋地区突然降温的主要原因;另外, 8.4～8.0 cal ka BP期间的太阳辐射量减小或太阳活动减弱, 也可能对全新世早期的这次冷事件有一定强化作用. 由于西风带南移和季风环流减弱等原因的影响, 使得这次冷事件区域气候响应有明显的不同, 欧洲的中高纬度地区、东亚地区呈现一种冷干的气候状态;北美洲三分之二的地区降水量减少、风力加强;中美洲、非洲的大部分地区和阿拉伯半岛均以干旱为主;东欧、地中海地区呈现普遍的冷湿气候环境, 亚马逊盆地、智利玻利维亚高原呈现低湿的气候状况.     

太湖西部地区8.2ka BP以来的高分辨率孢粉记录

通过AMS14 C测年技术建立年代标尺,对太湖西部地区LTD-12号钻孔301cm以上的岩芯进行高分辨率孢粉分析,重建太湖西部地区8.2ka BP以来的气候和植被,并探讨了太湖地区新石器文化对气候变化的响应。结果表明:1)太湖西部地区8.2ka BP以来的植被类型演替过程大体为:以松属—常绿栎—落叶栎—枫香为主的含针叶成分的常绿落叶阔叶林→以落叶栎-常绿栎-枫香树属为主的常绿落叶阔叶林→以松属-枫香为主的针阔叶混交林→以松属为主的次生性质的针叶林。2)太湖西部地区高分辨率孢粉记录的气候变化可划分为2个大的阶段:(a)8.2~4.4ka BP为中全新世温暖湿润期,最适宜期出现在6.9~5.5ka BP;(b)4.4ka BP~0ka BP为晚全新世降温期,气候从暖稍湿向暖干过渡。3)太湖地区的新石器文化总体上响应于气候的变化。环太湖平原地区至今未发现10~7ka BP的新石器遗址可能与当时过于潮湿和不稳定的气候环境有关;6.9~5.5ka BP温暖湿润的气候适合人类的生存,促使了马家浜文化的出现、繁荣和发展;5.0ka BP左右的干燥降温事件可能导致了崧泽文化的衰落;良渚文化的消亡可能与4.4ka BP前后该地区的气候突变事件有关。     

塔里木盆地南缘黄土粒度特征及其环境意义

黄土是地质时期沙尘天气形成的粉尘堆积物,其粒度特征记录了粉尘搬运过程中的古大气环流格局和古环境演化信息。本文对昆仑山北坡克里雅河支流的第5级阶地羊场黄土剖面进行了系统的粒度分析,结果表明,黄土粒度组成主要以粗粉砂和砂砾为主,分选较好;羊场黄土为塔克拉玛干沙漠的近源风成堆积,粒度指标主要指示沙漠范围和源区气候干旱程度;粒度结果的详细分析及其与全球其他记录的对比表明,塔里木盆地南缘气候在8.5~3.6 ka B.P.较为湿润稳定,3.6 ka B.P.以来气候急剧变干并出现大幅度波动的千年尺度突变事件,与其他地区古气候记录有较好的一致性。塔里木盆地南缘8.5 ka B.P.以来的气候变化具有季风模式和千年尺度气候振荡的双重特点,可能同时受低纬度亚洲季风和北半球高纬度地区气候的影响;太阳辐射减弱引起的亚洲夏季风衰退可能导致了3.6 ka B.P.以来盆地的干旱化,同时,受太阳辐射驱动的北半球高纬度地区的气候变化,可能通过增加西风环流的强度及其波动幅度,进一步加剧了3.6 ka B.P.以来塔里木盆地南缘气候的干旱化和不稳定性。     

全新世期间亚洲和非洲干旱区环境的短尺度变化

过去对北非和中国干旱区140 ka BP来环境演化的初步对比表明,两地的干旱度在万年时间尺度上基本同步。这种关系是否也适用于全新世百年尺度的干旱事件,仍是有待研究的问题。本文对撒哈拉地区569个地表淡水指示物和我国北方干旱区158个古土壤和湖泊沉积的14C年代数据进行了时空频数统计分析,揭示出两地沙漠在全新世期间至少经历了三次同时性的、百年-千年尺度的干旱事件, 叠置于季风气候对地球轨道变化响应的总体趋势上;沙漠在纬向上的进退主要受控于季风前沿的伸缩幅度, 说明两个季风系统的短尺度变化可能受统一因素控制。最为显著的干旱事件发生于约4 ka BP。两地干旱区在过去认为的6 ka BP 前后的全新世气候适宜期并没有表现为稳定的湿润环境。我国过去发现的该时期不少的干旱证据被解释为高温所导致的强烈蒸发作用所致。但全新世中期的干旱期在热带的存在及其与冰心记录中低甲烷事件的吻合难以用蒸发来解释,而应与夏季风环流的减弱有关。     

北半球72 ka BP气候突变事件及其与Toba火山的关系

72 ka BP左右的强降温事件是末次冰期最大的气候突变事件,且同时期发生了第四纪以来最强的火山喷发——Toba火山喷发,后者在此次强降温事件中扮演着什么角色一直是古气候学界研究的热点。对此进行深入的研究,有助于全面评价火山喷发的环境效应,进一步完善末次冰期突变事件的成因机制。系统回顾深海岩芯、极地冰芯、洞穴石笋、黄土、湖泊等古气候载体的研究成果,这些记录对72 ka BP左右的强降温事件和/或Toba火山喷发进行了不同程度的描述,并从不同的角度分析二者的关系。从72 ka BP左右的强降温事件和Toba火山喷发的时间上,以及火山喷发对气候变化影响的机理上看,Toba火山喷发确实对这次强降温事件产生了实质性影响。这个影响在格陵兰冰芯记录中表现得尤为明显,并得到了气候模拟的进一步支持。然而,部分低纬海洋记录研究表明,Toba火山喷发前后气候没有发生显著变化,至少低纬地区的气候不如高纬地区变化明显。古生物研究同时显示出Toba火山喷发并未对其生存环境产生灾难性的影响,由此可见,72 ka BP左右的强降温事件驱动机制及其对Toba火山喷发的响应程度尚存争议。今后的研究应重视提高气候记录分辨率和探测Toba火山喷发证据的研究,从解剖事件的内部结构特征入手,进而建立气候模式与火山效应之间的联系,以此来明确“72 ka事件”驱动机制及其对Toba火山喷发的响应关系。     

全新世中期7 ka前后降温事件对中国北方植被生态的影响

大量研究表明,随着气候变暖,全球生态环境发生了巨大变化。然而,在相对温暖的气候条件下,假若发生重大降温事件,生态环境尤其是植被生态会如何响应,值得深入探讨。利用近年来发表的全新世高分辨率古气候记录以及孢粉记录的植被变化,对全新世中期7 ka(1 ka=1000 cal.a B.P.)前后的降温事件及其对植被生态的影响进行了综合分析。结果表明,7 ka前后降温事件在北半球很大范围都有记录,在季风边缘区伴随着气候的干旱,而在西风主导的区域总体表现为气候湿润。中国北方季风区山地以及高纬度地区表现为建群种的变化,如阔叶树种的减少以及针叶树种的增加;在季风边缘区总体表现为干旱气候下植被盖度的降低;而在西北内陆山地高山区域表现为林线的降低或树种的变化,低山地区森林下限表现为森林成分的增加以及耐旱树种的减少;在山前草原和盆地荒漠草原区域,植被的响应表现为植被盖度的增加和喜湿成分的增加。降温直接影响湿度较大的高山地区的森林成分和林线高度,而在低山干旱半干旱地区,降温则通过抑制蒸发、增加有效湿度影响植被盖度和组成。由于不同钻孔年代的不确定性、不同植被类型对气候变化的敏感性不同等,不同区域发生植被转型的时间不尽一致。全新世中期7 ka降温事件的触发机制有待深入研究,可能与大型火山喷发以及太阳活动变化有关,夏季太阳辐射的持续降低以及地球系统内部反馈也是共同的原因。     

基于石笋记录的晚全新世太平洋东西两岸季风区气候事件对比研究

研究晚全新世季风气候演变有助于进一步认识与预测未来季风区气候变化。太平洋东西两岸是全球季风集中分布的地区,已经有大量的古气候记录发表,但是缺乏对各个季风区气候突变事件以及整体变化趋势的对比研究。针对这一问题,选取亚洲季风区、印澳季风区、北美季风区、南美季风区11个洞穴石笋δ18O和1个湖泊Ti含量,对比研究各个记录在3.5~0.5 ka B.P.期间指示的夏季风变化特征。通过对比发现四大季风区的石笋δ18O在晚全新世整体上呈现偏正趋势,指示夏季风减弱;2次重要的气候突变事件1.5 ka B.P.和2.7 ka B.P.弱夏季风事件在各个季风区内均有表现;同时也记录了一系列十年际-百年际尺度的弱夏季风事件,表明太平洋东西两岸和南北半球的夏季风都有减弱的趋势,这与先前研究认为的南北半球呈现"see-saw"模式表现出不一样的特征。晚全新世以来ENSO(El Nino-Southern Oscillation)活动的增强对太平洋东西两岸南北半球夏季风减弱具有重要影响。在El Nino事件发生时,Walker环流减弱,而且它的上升支向东移动远离西太平洋暖池,西太平洋副热带高压增强并向西移动,导致亚洲夏季风减弱。Walker环流的东移也会使得印度尼西亚-太平洋暖池(Indo-Pacific Warm Pool,简称IPWP)海温下降,热带季节内震荡减弱致使印澳夏季风减弱;此外,El Nino事件发生时,赤道东太平洋海水温度上升导致东西太平洋海水温度梯度减弱,在此状态下南美季风区低空急流(Low Level Jet,简称LLJ)减弱,导致南美夏季风减弱;同时,北美洲加勒比海低空急流增强,使得该季风区下沉气流增强,导致北美夏季风减弱。我们的研究表明,在晚全新世ENSO活动增强的状态下,太平洋东西两岸南北半球夏季风变化可能都呈现减弱趋势。