2592~1225aB.P.湖北神农架石笋氧同位素记录及区域气候意义

选择处于典型季风区中国内部湖北神农架地区青天洞一支具有连续清晰年纹层发育的石笋样品(QT6),通过精确的年纹层计数,结合高精度²³⁰Th年龄,建立2 592~1 225 a B.P.期间长达1 367 a的石笋δ¹⁸O时间序列。石笋δ¹⁸O记录的17个持续时间在80 a左右的峰谷旋回,与格陵兰冰芯δ¹⁸O记录具有非常好的一一对应关系,说明在年代际尺度上石笋δ¹⁸O同样能反映区域性气候变化,可能的机制是北高纬温度的变化通过大气传输影响热带辐合带(ITCZ)的迁移,从而影响东亚季风的强弱变化。     

季风区边缘近500年的降水变化特征

基于武都万象洞高分辨率石笋δ¹⁸O和高精度²³⁰Th定年数据,结合利用周边地区史料恢复的旱涝指数序列,重建季风区边缘近500 a以来降水变化。结果显示:在年际至百年时间尺度上,万象洞石笋δ¹⁸O变化指示亚洲季风带来的降水量信息。季风区边缘降水变化可分减弱期(1470~1700 A.D.)、平稳期(1701~1875 A.D.)和增强期(1876~2003 A.D.)三个气候段,其间季风降水的强弱变化响应史料记载的极端旱涝事件。在小冰期向20世纪暖期转换过程中,本区呈现阶梯式过渡降水模式,这是一种较大空间尺度上气候特征,在年代际至百年时间尺度上与北半球温度、中国温度变化具有同步性。     

神农架石笋记录的近200年东亚季风变化及其ENSO响应

通过湖北省神农架永兴洞石笋(编号:YX92)230Th年龄和纹层计数年代学研究,建立了1788AD-1956AD时段年际分辨率石笋氧同位素序列。该序列δ18O值变化范围为-9.70‰~-7.87‰,最大振幅约达1.83‰,呈现显著的年代际尺度振荡旋回特征。功率谱分析结果揭示存在显著的60~70年准周期信号。该记录与同区域和尚洞石笋δ18O曲线具有很好的重现性,说明其可能受控于共同的气候因子,指示了东亚夏季风大尺度环流特征。将石笋重建的东亚夏季风指标与全印度夏季降水量指示的印度夏季风指数对比,结果显示两者在年代际旋回特征上具有很好的相似性,但是呈反相位关系。进一步与ENSO指数对比,发现东亚夏季风年代际尺度变化与ENSO存在密切联系,表现为东亚夏季风增强,对应于ENSO暖期,反之亦然。因此,东亚季风与印度季风在年代际尺度上的反相位关系可能源于两者对ENSO机制的不同响应。     

黄土高原东缘晚全新世高精度高分辨率石笋古环境记录

基于山西武乡太行龙洞一支石笋5个230Th年龄和190个氧同位素数据重建4 400~150 a B.P.高分辨率δ18O序列。石笋δ18O值逐渐增加,除最近约600 a外,在千年尺度长期趋势变化上与中国南部其它洞穴记录相一致,表明晚全新世亚洲夏季风强度持续减弱响应于同一驱动机制。一次显著的气候突变事件发生在2 550~2 000 aB.P.,与史料记载的干旱期大致相对应。功率谱分析揭示出106 a周期,与树轮Δ14C太阳活动周期大体一致,说明百年尺度上太阳活动与东亚季风变化有一定关联性。     

基于EEMD的太阳活动对印度夏季风的多尺度胁迫分析

选取10.55~2.7 kaBP Qunf洞的Q5石笋δ¹⁸O记录作为印度夏季风的代用指标,集合经验模态分解（EEMD）多尺度分析结果揭示了印度夏季风的强弱变化和与亚洲季风减弱事件的一致性,进一步讨论了11 kaBP以来印度夏季风的逐渐增强而后减弱的发展态势。选用同时期的古树年轮¹⁴C记录作为太阳活动代用指标,调频、调幅分析结果发现印度夏季风的31 a、70 a和7 860 a尺度分量受太阳活动相应分量的调频胁迫较为显著;同时又揭示出“太阳活动71 a周期-印度夏季风31 a周期”“太阳活动1 379 a周期-印度夏季风142 a周期”和“太阳活动2 376 a周期-印度夏季风733 a周期”三对调幅胁迫。     

敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源

基于敦煌盆地2012年11月至2013年11月降水氢、氧稳定同位素数据 (δD、δ¹⁸O和d-excess),结合GNIP降水同位素监测资料和HYSPLIT 4模型对降水后向气团传输路径模拟结果,对敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源进行研究。结果表明:敦煌盆地降水δD和δ¹⁸O存在明显的季节效应,即降水δD和δ¹⁸O具有夏高冬低的变化特征;同时降水δD和δ¹⁸O表现出显著的温度效应,温度每升高1 ℃,δD增加6.89‰,δ¹⁸O增加0.92‰。敦煌盆地局地大气水线(LMWL)为δD=7.45δ¹⁸O+2.72(R²=0.98),受降水二次蒸发的影响,其斜率和截距均低于全球大气水线(GMWL)。降水d-excess受当地气温和相对湿度的影响,冬半年(11月至次年4月)偏正,夏半年(5-10月)偏负。从全年来看,敦煌盆地降水水汽主要来源于西风输送,冬季和春季受极地气团的影响,夏季部分降水事件受西南季风和局地再循环水汽的影响。     

最近500年来福建玉华洞石笋氧同位素记录及气候意义

基于福建将乐玉华洞一支石笋(YH1)4个230Th年龄和370个氧同位素数据,并利用具有年层时标的湖北清江和尚洞石笋氧同位素记录的校正,重建了AD 1530以来1~3 a分辨率的石笋氧同位素序列。与当地现代器测气象资料对比发现,最近60 a来玉华洞石笋δ18O与当地夏半年降水量相关性最为显著(R=-0.35,n=55),而受温度的影响较弱,玉华洞石笋氧同位素较好的指示了当地夏半年降水量变化的信息。最近100 a来,福建玉华洞石笋的氧同位素组成具有逐渐变重的趋势,与其他地区高分辨率石笋δ18O具有相同的变化趋势,而且也与季风指数指示的季风减弱趋势相一致,进一步证实季风区石笋δ18O反映了东亚季风大尺度环流特征;在小冰期中后期(AD 1530~1850),玉华洞石笋δ18O在平均值-5.9‰高频振荡,存在一系列的数十年际尺度的季风增强和减弱事件,与亚洲—太平洋涛动(Asian Pacific Oscillation,APO)指数密切相关,说明玉华洞石笋δ18O所指示的降水信息受APO变化的影响。     

南京葫芦洞石笋生长速率及其气候意义讨论

一支连续发育4?000年纹层的末次盛冰期葫芦洞石笋的年际生长速率与高分辨率δ¹⁸O曲线对比分析表明,年际生长速率在不同时间尺度上对年均温和地表有效湿度的变化有着复杂的响应关系。对该洞内持续发育3~4万年的两支单体石笋实测了33个²³⁰Th年龄,其生长曲线显示MIS 2比MIS 3阶段平均生长速率增大了40%以上。以5000年为步长的同一洞穴17支石笋生长频率支持平均生长速率的研究结果,说明在轨道尺度上较大的石笋生长速率并不完全指示较暖湿的气候条件。作者认为,年际尺度的连续生长速率是决定石笋平均生长速率的关键因素。盛冰期条件下本区洞穴内外的温差效应导致了24~14ka B.P.年际尺度的石笋连续生长。     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。     

高分辨率石笋记录的三峡库区小冰期气候变化

基于重庆水鸣洞石笋(NSM03)7个230Th年代数据和438个δ18O数据建立三峡库区1250~1750 A.D.时段分辨率约为1 a的δ18O记录。分析显示石笋δ18O值在1280 A.D.开始迅速偏重,在1300 A.D.附近偏到近500 a来最重,显示季风迅速减弱,库区进入小冰期。石笋记录显示小冰期存在明显的年代际尺度干湿波动,特别是在1400~1650 A.D.时段石笋δ18O值高频振荡,显示季风降水处于频繁波动期。功率谱分析显示石笋δ18O序列具有显著树轮Δ14C周期和ENSO准周期,揭示太阳活动是小冰期主要驱动因素,同时受到海气耦合作用影响。     

重庆地区末次冰期气候变化的石笋记录研究

对采自重庆金佛山梁天湾洞穴的1 根长达295 mm的石笋进行了高精度的TIMS-U系定年和碳氧同位素测试分析,建立了末次冰期晚期(31.90~15.21 ka B.P.)长江中游较高分辨率(平均为280 a/mm)的古气候变化序列。从石笋的氧同位素曲线中明显地检出Heinrich事件,并且氧同位素曲线与南京葫芦洞和贵州董歌洞的石笋记录有着良好的对比关系。但明显的差别是,重庆地区石笋的同位素记录表明,该地区末次冰期晚期古气候是受西南季风和东南季风双重影响的。     

基于统计动力反演的东亚亚热带季风变化驱动机制研究

利用观测数据,运用非线性统计-动力学方法,反演系统各因子之间的相互关系,建立了东亚亚热带季风变化的动力方程,为研究东亚亚热带季风的驱动机制提供了量化参考。研究发现：过去2 000 a东亚亚热带季风是多因子通过反馈机制相互作用影响且具有耦合效应的复杂非线性动力系统,其驱动力主要来源于普若岗日冰芯δ¹⁸О代表的青藏高原热力作用强迫、太阳黑子活动、ENSO、温室气体单因子CO₂和CH₄浓度、北极温度和CH₄及北极温度与7月太阳辐射的耦合作用机制;反馈调节作用主要源于7月太阳辐射与太阳黑子活动、CH₄浓度、中国陆地地表温、CH₄与7月太阳辐射以及CO₂和CH₄的耦合调节作用。并通过动力反演机制推论热带西太平洋对亚热带季风有一定驱动作用,但并不是主要驱动力,即驱动亚热带季风变化的主源地并不在热带西太平洋海区,石笋δ¹⁸О指代的也主要是夏季风信息。     

YD事件突变特征及其前兆信号

气候突变前兆信号对研究气候突变爆发方式、特征、细节过程以及未来气候预测有着极为重要的学术价值及社会意义．青天洞具有年纹层特征的石笋δ^18O记录显示,在新仙女木（YoungerDryas,YD）事件结束期间,季风约在11年内完成转型,但在结束前（11．64ka BP-11．54kaBP）,季风变化存在2个数十年尺度次级波动,历时约97±7年．该期季风强度颤动与此前YD内部季风变化相比呈现低幅、高频特征,在整个过程中季风强度总体保持上升．且在11．59kaBP后显示出自相关增强．这些特征与最近洱海湖泊生态系统突变前频繁波动特征类似,说明高频、低幅波动可能反映不同动力系统接近其临界值,可作为突变的前兆信号．     

南京年纹层石笋δ18O记录的冰期气候事件特征

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数建立24~21 ka B.P.时段平均分辨率3年的δ¹⁸O季风降水序列,精确标定了IS2事件的发生时间。通过与极地冰芯记录对比,发现G ISP2与石笋时标一致,而GR IP和NGR IP时标在相当事件上偏年轻800~2000年。结合洞内另一支不同时段的石笋年纹层记录,证实东亚季风降水与极地气候在反映气候事件特征上有所不同,季风气候在由干向湿的转型期(包括H2、H1)呈现阶梯式增长特征,其持续时间均超过600年,有可能说明除北大西洋温盐环流外,低纬太平洋海-气耦合也是东亚季风气候的重要触发源。     

腾格里沙漠西南缘土门剖面微量元素记录的MIS3高分辨率季风环境变化

对位于腾格里沙漠西南边缘的土门剖面中时代为MIS3的TMS3层段进行序列分析与¹⁴C和释光测年,并在此基础上对沉积层进行系统的微量元素地球化学分析。结果表明：TMS3是由沙丘砂与其他5类沉积相（黄土状亚砂土、砂黄土、湖沼相、水成黄土和古土壤）构成的相互叠覆的沉积,形成14.5个“沉积旋回”。TMS3微量元素Mn、P、Sr、Rb、V、Zn、Cr、Ni、Cu和Nb在沙丘砂中含量低,在其他5类沉积相中含量高;Rb/Sr比值则呈现相反的变化趋势。在剖面上,随着沙丘砂与这5类沉积相的交替,元素含量、Rb/Sr比值表现出明显的峰（高值）谷（低值）波动,并形成基本上与沉积旋回数量一致的“元素旋回”——ECY1—ECY14.5。该层段14.5个元素旋回揭示了相同数量的腾格里沙漠东亚冬夏季风演变的“旋回”——MCY1—14.5,包括14次冬季风事件和15次夏季风事件,每个季风旋回的持续时间平均约2.48 ka;TMS3元素记录的15次夏季风事件与GRIP冰芯和葫芦洞石笋MIS3-δ¹⁸O曲线的间冰阶具有相同的发生次数,也与邻近的古浪黄土MIS3中的间冰阶可以进行很好的对比。土门剖面TMS3的地球化学迁聚行为和沉积相,在一定意义上诠释了MIS3北半球冷暖波动——腾格里沙漠东亚冬夏季风环境变化的响应过程。     

温室气体强迫与东亚亚热带季风演变耦合效应及动力机制研究

基于主要温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）强迫因子和石笋δ¹⁸О观测资料（1~2002 年）,分别利用关联性耦合模型和非线性统计-动力学方法,分析温室气体强迫与东亚亚热带季风演变耦合度的时序规律和定量反演模拟温室气体强迫对近2 000 a东亚亚热带季风演变影响的非线性趋势和相对贡献。研究发现：① 温室气体与季风演变耦合度的高低对应季风的强弱变化,即两者耦合作用越强,东亚亚热带季风越强;反之,两者耦合强度越小,东亚亚热带季风越弱;耦合度峰谷值对应季风极强降水和极端干旱时段。② 时序演变规律为：N₂O和CO₂相互作用与季风演变间耦合效应最强,成为东亚亚热带季风演变的主要驱动力。其次,N₂O一次项和CO₂非线性项对季风演变起主要的负反馈调节机制。③ 时序演变阶段上有所不同：1~180年,CH₄因子对季风演变主要起负反馈调节机制;180~1760年和1760~2002年,对季风演变起主要的驱动和调节机制分别为CO₂因子和N₂O因子;但1900年后N₂O和CO₂相互作用与季风演变的耦合驱动效应近百年来明显增强,耦合度在中等-较强（或极强）之间来回波动转换,耦合作用明显增强,在耦合度由较强（或极强）转弱至中等时,东亚亚热带季风也随之减弱。