黄土高原表土磁化率与气候要素的定量关系研究

黄土高原地区已建立多个表土低频磁化率-气候转换函数,为黄土古气候定量重建提供了关键方法.但是表土磁化率变化的气候控制因素的系统研究尚未开展;同时,低频磁化率部分受到沉积作用的影响,需要寻找气候意义更明确的指标.我们系统采集了黄土高原及周边地区的表土样品,运用相关、回归和因子分析等方法,研究了不同气候要素及其季节变化对表土磁化率和频率磁化率的控制作用.结果显示,湿度是控制黄土高原表土磁化率的主要因素,温度的影响相对较小;降水的季节分配也有影响,月降水变率较小的地区磁化率较高.在此基础上,选择反映成壤磁性颗粒组分的频率磁化率,建立了频率磁化率-年均降水量的转换函数,为黄土古气候定量估算提供了新的途径.     

西北戈壁沙漠-黄土高原区表土磁化率特征及其意义

黄土高原表土磁化率与降水量呈良好的正相关性,为定量反演这一区域第四纪时期降水量变化提供了理论基础.通过对西北戈壁沙漠-黄土高原表土磁化率研究,表明表土磁化率与降水量的相关性出现在一定的降水范围内.其界限是年平均降水量200～ 300mm:高于这一界限,表土的磁化率、频率磁化率、百分比频率磁化率与降水量、相对湿度均呈现良好的正相关关系;低于这一界限,磁学参数与气候之间的相关性明显减弱,或者变得不明显.这是因为在该气候条件下,1)风化弱,成土组分贡献小,同时2)风积磁颗粒粒径粗,对磁化率影响较大的缘故.     

黄土高原及相邻地区表土磁化率与降水量的关系

在黄土高原阿拉善高原区域沿年均降水量线最大梯度方向采集了61个表土样品, 分析了其磁化率、粒度和有机碳含量等环境变化替代性指标的变化特征. 结果表明: 在母质类型多样和地貌特征差异较大的该广阔区域, 频率磁化率与降水有良好的相关性, 而常用的磁化率不能用作反映降水量变化的理想指标, 与以往土壤磁学研究存在一定差异. 研究结果指示, 在干旱地区应用磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征.结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿.阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高.进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化.本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

青藏高原表土孢粉定量重建的气候参数探讨

孢粉在古环境研究中具有重要价值,尤其是在重建古气候方面,既可以定性地恢复过去的植被类型变化,也能定量地重建气候变化规律,是古气候研究中最常用、较可靠和较成熟的环境代用指标。现代类比法是探讨表土孢粉与气候定量关系的方法之一,适用性较为广泛。本文利用青藏高原及其毗邻地区495个现代表土样点的孢粉谱,及现代气象站点器测资料,采用现代类比法得到气候参数的模拟值,并分析模拟值与气候参数观测值之间的关系。结果表明:相关性最高的气候因子是年均降水(r=0.894),其次为年均相对湿度(r=0.863)和年均蒸发量(r=0.801),最低的是干燥度(r=0.18)。因此在重建古气候时降水的可信度较高,相对湿度和蒸发量也具有一定的可信度。并选用相关性较好的年均降水指标,分析其与11个孢粉类型之间的相关性,然后将相关性较高的孢粉组合与降水之间建立孢粉-气候函数模型,用以重建该地区过去气候变化。     

中国大陆降水时空变异规律——Ⅲ. 趋势变化原因

中国大陆现代降水表现出若干长期变化特征,对现代降水趋势性变化的原因,目前还没有很好了解。结合多种资料分析以及前人研究成果,对中国大陆近几十年降水变化趋势的原因进行了探讨,得到以下初步认识:① 现代降水量变化趋势具有明显的地域性差异,全国平均没有表现出显著增加或减少的长期变化,但强降水事件频率和降水量出现明显增多,而小雨事件特别是痕量降水事件显著减少。② 再分析资料表明,最近几十年全国水汽净收支量在一定程度上增加了,实际观测资料显示近地面和对流层中下层空气比湿或大气可降水量出现较明显上升趋势。③ 代用资料序列分析显示,全国大部地区近几十年降水变化仍处于晚近历史时期正常自然波动范围内;近百年观测的降水量序列也表明,黄淮海地区降水具有多重时间尺度相互叠加作用特点,低频自然气候变异的影响信号有清晰表现。④ 人类活动引起的大气中温室气体浓度增加对全国或东部季风区现代降水变化影响的信号,目前仍难以识别;区域性近地面风速减弱导致的雨量观测系统偏差以及大范围气溶胶浓度增加,可能是东部季风区大多数台站观测到的强降水事件频率增加和小雨频率显著减少的两个重要原因。⑤ 主要与城市化影响相关的地面观测资料系统偏差,可以部分解释现有分析表明的短历时强降水事件频率和累计降水量增加现象,同时也很可能是城市台站小雨和痕量降水事件频率明显下降的另一重要原因。     

北麓河多年冻土区降水及河水稳定同位素特征分析

为了进一步全面理解和探索青藏高原水文水循环过程,采用同位素方法并结合气象资料对青藏高原北麓河区域2011年6~12月降水和河水稳定同位素时空特征进行分析。探讨了北麓河降水同位素与日平均气温、降水量之间的相互关系,同时也对比分析了北麓河降水和河水的同位素变化特征。结果表明:北麓河降水同位素在整个观测期内总体受温度控制,但存在季节变化,其中6~9月降水同位素受到温度和降水量效应的共同控制,9月以后则主要受温度的影响。河水同位素与降水同位素相似的变化特征,体现了降水补给特征,另外降水量也能够影响河水同位素变化:降水量小则降水对其影响较小,反之则大。与北麓河降水线相比,河水δ18O~δD关系的斜率和截距偏大,揭示该区域河水除了受大气降水的补给外,还受到区域水体内循环和蒸发分馏作用的影响。     

青藏高原现代表土中冷杉和云杉花粉的空间分布

文章通过对青藏高原北纬25°～45°,东经75°～106°范围内海拔1000～5700m的地区所采集的598个表土样品的孢粉分析,研究了现代表土中冷杉和云杉花粉的分布与植被、气候和海拔之间的关系。表土样品中冷杉和云杉花粉高含量范围对应着青藏高原南部和东部山地暗针叶林分布区,花粉等值线图较准确地反映了冷杉和云杉的丰富程度及其与植被、环境的关系;冷杉和云杉花粉百分含量随海拔和气候梯度变化表现出单峰分布模式,冷杉和云杉花粉百分含量大于20%的最适宜海拔高度是2500～4000m,最高含量中心限制在海拔3200m左右、年均温2～3℃范围内;较高的花粉百分含量带出现在年均温0～8℃、年均降水量400～850mm的区域。结果显示了青藏高原现代冷杉和云杉花粉的空间分布与植被、气候、海拔的空间变化之间很好的相关性,为利用花粉资料进行青藏高原地区的古气候重建提供了有益的资料     

南亚高压低频振荡与长江中下游地区旱涝的关系

利用1960—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料和长江中下游地区164个气象站逐日降水资料,通过合成分析、小波分析和带通滤波等方法研究了夏季南亚高压低频振荡与长江中下游地区降水低频变化的关系。结果表明:在典型旱涝年,青藏高原200 h Pa高度上u,v低频主周期与长江中下游地区夏季降水主周期一致。在降水偏多的夏季,青藏高原—中国中东部—西太平洋沿岸上空,自西向东存在气旋—反气旋—气旋的低频波列,低频反气旋控制着我国东部地区,低频气旋控制着青藏高原北部地区;降水偏少年则相反。涝年长江中下游地区低频降水与200 h Pa青藏高原大气低频变化密切相关,当青藏高原东北部及长江中下游地区北风偏强、贝加尔湖地区南风偏强时,降水偏多;反之则偏少。这种低频振荡波列的传播主要是由中国东北北部—日本南部向中国西南方向频散传播。然而,在旱年两者关系不明确,需做更进一步的研究。     

青海湖近千年来气候环境变化的湖泊沉积记录

本文通过对青藏高原上所钻取的古里雅冰芯和青海都兰树轮高分辨率气候变化记录的对比,分析了过去近2 000a来的气候变化特征.结果表明:1)这两个地区过去2 000a来温度都在波动中逐渐上升,展示了气候逐渐变暖的趋势.进入20世纪以来,气候显著变暖,并有加速变暖的趋势;2)树轮和冰芯均明显地记录了小冰期的3次冷期,其出现的时间基本上一致.小冰期并不是过去2 000a来的最寒冷的时期.冰芯和树轮记录均表明公元初的寒冷程度要大于小冰期;3)古里雅冰芯所记录的温度和降水量揭示出,过去近2 000a来的降水和温度变化的总趋势是正相关关系;但在短时间尺度上,温度和降水的变化并不同步.这主要表现在两个方面,一是温度长期变化中的低频波动频率要大于降水,二是虽然温度和降水的变化在百年级时间尺度上有正相关性,但降水的变化要滞后于温度变化50～100a;4)同时周期分析表明,古里雅冰芯中的δ180和积累量以及都兰树轮记录的变化周期大多数与太阳活动有关,表明青藏高原地区冷、暖、干、湿变化的主要驱动力可能是太阳活动的变化;5)对这两记录的对比研究也揭示了气候变化的区域差异.如中世纪暖期在都兰树轮记录中很强而在古里雅冰芯记录中很弱,而都兰树轮记录中,中世纪暖期以后至1 800A.D.在波动中变冷,但在古里雅冰芯记录中这一时期在波动中变暖.     

中国东部表层土壤磁化率特征及其指示意义

磁化率是环境磁学研究中较常用、较易获得的指标之一,但其解释和意义又最为复杂.对采自中国东部从北到南涵盖中国主要气候带的风化-成壤成因的79个表层土壤样品进行高、低频磁化率和非磁滞剩磁测试并分析其与降水量、年均温等气候参数的关系.结果表明:(1)发育于不同类型母岩的风化-成壤成因表层土壤磁学性质之间存在显著差异,各磁化率参数与气候条件参数之间的关系大不一样,在大空间尺度进行磁学与气候条件的关系研究时,必须充分考虑地质背景与母岩类型的差异.(2)发育于花岗岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量和年均温间呈显著负相关关系;而发育于玄武岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量呈显著正相关关系.被广泛认可的黄土-古土壤序列磁化率与成壤的关系不一定适用于大空间尺度的其他气候区域.(3)在风化-成壤过程中,磁性颗粒有变细的趋势,但降水强度增大时,一些超细颗粒较易被搬运离开原地,单一磁学参数结果难以反映气候条件及环境变化.(4)风化-成壤成因表层土壤非磁滞剩磁磁化率能较好地反映风化成因土壤的风化程度,但风化-成壤表层土壤磁学性质变化的机制特别是对相应土壤剖面的磁性矿物迁移转化有待深入研究.      

黄土记录的中亚干旱区东部全新世气候与环境演化

选取位于中亚干旱区东部新疆天山地区的两个典型黄土沉积剖面,通过磁学参数（χ_ARM/SIRM）、亮度（L^*）、有机碳/氮同位素（δ¹³C_org和δ¹⁵N）等记录,对研究区内全新世以来的气候环境进行重建。结果表明：早全新世,χ_ARM/SIRM、L^*指示黄土成壤较弱、有机质含量低,δ¹³C_org记录表明区域降水较少,共同反映该时期地表植被覆盖低、相对干旱的气候环境;中晚全新世,χ_ARM/SIRM、L^*和δ¹³C_org记录的湿度逐渐增加,黄土δ¹⁵N偏正变化,指示地表生态系统生产力增强、植被覆盖增加,表明该区域气候适宜期发生在中晚全新世。中亚干旱区东部全新世以来的气候环境特征,与北半球高纬度冰盖、太阳辐射强度的变化密切相关。     

青藏高原2.8Ma来的环境演化及其对构造事件响应

本文根据青藏高原中部错鄂湖深钻研究的最新成果,结合东部若尔盖盆地湖泊沉积物记录,探讨了青藏高原2.8Ma以来的环境演化过程和高原构造隆升运动对环境演化的影响。初步研究显示:大约2.8MaBP错鄂湖构造成盆;2.6MaBP左右孢粉组合、粒度特征、岩性变化等均记录了一次强烈的构造隆升运动;2.6Ma~0.8Ma时段,高原可能处于一种整体隆升过程中的相对夷平阶段;若尔盖古湖揭示了0.9MaBP来的3次构造隆升运动,反映了高原环境演变的三个阶段;和黄土底界相当的错鄂湖沉积记录显示并未干旱的特征;黄土旺盛堆积时期(L₁₅、L₉、L₆)高原湖泊记录的气候特征为偏湿气候。      

Magnetic Influences of Cement Dust on Soil in Industrial Area and Its Environmental Implications

To monitor environmental implications of cement dust on soil in industrial area, magnetic parameters and mineral compositions were measured by the samples of the cement dust, cement factory dustfall, cement, coal ash, topsoil of green space in the factory and topsoil outside the factory. Results showed that the major magnetic minerals in the samples were magnetite, the magnetic mineral particle size of cement dust, dustfall, cement and coal ash was coarse Multi-Domian (MD) and Pseudo-Single-Domain (PSD). As topsoil of green space in the factory and topsoil outside the factory were polluted by cement dust, their magnetic properties had been obviously changed; the concentration of magnetic minerals elevated and particle size became coarser. The magnetic parameters (χ_fd,χ_ARM/χ,χ_ARM/SIRM) value can reflect the pollution level of the soil, the lower its value was, the more serious soil was polluted. X-ray diffraction results showed that the mineral compositions of the topsoil of green space in the factory and topsoil outside the factory were quartz and calcite, which were the same as cement dust. Magnetic parameters combination characteristics of topsoil can monitor the soil environmental changes in cement industry area.     

A Late Quaternary Climate Record Based on Multi-Proxies Analysis from the Jiaochang Loess Section in the Eastern Tibetan Plateau, China

We compared the stable carbon isotopic records from a loess transect of the Jiaochang in the eastern Tibetan Plateau, spanning the last ~21,000 years, with multiproxy data for pedogenesis, including magnetic susceptibility, clay fraction, Fed/Fet ratio, carbonate and total organic carbon content, in order to probe the mechanisms of δ13C values of organic matter and Late Quaternary climate variations in the eastern Tibetan Plateau. Our results indicate that there is no simple relationship between δ13C of organic matter and summer monsoon variations. The change in δ13C values of organic matter (in accordance with the ratios of C3 to C4 plants) results from the interaction among temperature, aridity and atmospheric pCO2 level. Drier climate and lower atmospheric pCO2 level contribute to positive carbon isotopic excursion, while negative carbon isotopic excursion is the result of lower temperature and increased atmospheric pCO2 level. Additionally, our results imply that the Tibetan monsoon may play an important role in climate system in the eastern Tibet Plateau, which specifically reflects frequently changing climate in that area. The results provide new insights into the forcing mechanisms on both the δ13C values of organic matter and the local climate system.     

青藏高原海拔要素对温度、降水和气候型分布格局的影响

青藏高原平均海拔4 000~5 000 m,由于特殊的地理条件,生态环境较为脆弱,对气候变化非常敏感,并对周围乃至全球的气候产生重要影响。使用1961-2010年青藏高原温度、降水0.5°×0.5°格点数据,以及由GTOPO30数据（分辨率为0.05°×0.05°）经过重采样生成的陆地0.5°×0.5°的数字高程模型DEM,分析了青藏高原温度、降水受海拔要素的影响,并通过青藏高原区域79个气象站的数据进行验证,进而使用柯本气候分类和中国自然地理区划两种方法对青藏高原气候进行划分,探讨青藏高原各分区海拔要素对温度、降水的影响差异以及出现差异的原因。研究表明：青藏高原及其各分区的气温垂直递减率不同,是由于地形起伏不同造成的青藏高原热源效用不同;降水与海拔的关系不同,是由于各区域受控于不同的气候系统,造成干湿度的不同,因而最大降水高度带不同。     

青藏高原降水中稳定氧同位素研究进展

稳定氧同位素（δ18O）在冰芯研究中能够很好地反映气候变化，尤其是气温变化的一项重要指标。研究青藏高原降水中δ18O为科学的解释冰芯中δ18O记录具有重要的指示意义。分别介绍了青藏高原季风区、非季风区以及季风区和非季风区的过渡区降水中δ18O研究历史和现状，并对该领域未来的研究趋势进行了展望。     

A preliminary magnetic study on lacustrine sediments from Zoigê Basin,eastern Tibetan Plateau,China: Magnetostratigraphy and environmental implications

A preliminary magnetic study was conducted on Core RM (310 m long), drilled in the Zoigê Basin (33 °57′N, 102 °21′E), on the eastern Tibetan Plateau. Greigite in SD state exists as a main magnetic contributor along the whole core. In addition, magnetite and haematite are detected between 160-45 m. NRM directions show a complex record with many apparent changes in inclination, for which greigite or the remanence acquisition process may be responsible. Nevertheless, the Matuyama/Brunhes boundary and, possibly, the Blake Event are identified. Between 310 and 160 m (as well as between 45 and 4.5 m), predominant anoxic conditions favour the formation of greigite, leading to higher susceptibility (χ) and remanence peaks. However, higher carbonate content during dry periods in these zones, may dilute the concentration of magnetic minerals, resulting in lower values of magnetic parameters. Between 160 and 45 m, weak oxic conditions preserve detrital magnetic minerals. The increasing χ background in this zone may indicate changes in the concentration of magnetite and haematite related to the uplift of the Tibetan Plateau, while higher χ peaks may indicate fluctuations to anoxic conditions, which enhance greigite concentration.     

Spatiotemporal Changes of Vegetation Cover in Response to Climate Change on the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau is one of the most important ecological barriers in China.Resolving the internal relations and dynamics ruling the association between regional vegetation and climate change is important to understand and protect the regional ecosystems.Based on vegetation,temperature and precipitation data of the Tibetan Plateau from 2001 to 2010,we analyze the spatial and temporal variations of vegetation cover over the past 10 years and discuss the vegetation response to climate change using empirical orthogonal function and singular value decomposition.Our results reveal the following：（1） vegetation cover gradually decreases from the southeast to the northwest of the Tibetan Plateau; （2） vegetation cover has increased on the Tibetan Plateau over the past 10 years,mainly in the central and eastern zones; and （3） a significant positive relationship was suggested between vegetation cover during growing season and the temperature in the entire region and with precipitation in the central and southern zones.     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.