末次间冰期以来地球气候系统的突变

地球气候系统的突然变化是近年来地学研究的热点。取自极地冰芯、海洋沉积物和陆地的古气候记录表明,末次间冰期以来全球经历了一系列数百年—千年时间尺度的气候突变事件,证明了在末次冰期—间冰期旋回大尺度气候变化背景下,全球气候存在较大不稳定性这一基本事实。尽管末次间冰期以来这些数百年—千年时间尺度气候突变事件的成因和影响范围还存在明显的不确定性,但已从诸如末次间冰期(MIS 5e)中期的干冷事件、末次冰期的Dansgaard-Oeschger旋回、Heinrich事件和Younger Dryas事件以及发生在全新世冰后期的一些降温事件的研究中,获得对过去130 ka来气候变化过程总体上的认识和理解。综述了近年来的主要研究成果,介绍了有关末次间冰期以来全球气候突变事件发生的时间、过程和机制等最新的研究进展。     

末次冰期短尺度气候突变事件:西南地区石笋记录的证据

本文研究了广西和贵州 3个大型石笋的δ1 8O及δ1 3 C记录 ,末次冰期晚期所揭示的 10 2 ～ 10 3 a级的冷跃变事件 ,其时限为 11.4～ 12 .4kaB .P .,14.5kaB .P .,2 0kaB .P .,2 7kaB .P .,36～ 37kaB .P .及 41kaB .P .等。可与北欧和北大西洋的新仙女木及Heinrich型气候波动事件逐一对比 ,这些短周期的气候突变事件 ,时限上的各种记录可能有差异 ,也许是测试方法和测试对象的不同带来的误差 (包括测试误差 )。具有全球意义的一些气候突变事件 ,如果在发生的时间上都具有同时性 ,那么这种短期突变事件发生的动力机制问题 ,是否是目前人类尚未识别出来的天文因素的驱动 ,值得今后进一步研究。     

Heinrich事件和末次冰期气候的不稳定性

对北大西洋深海沉积物的研究表明：末次冰期北大西洋沉积物记录中有多次洋面温度降低、有孔虫含量减少、盐度降低和粗颗粒的碳酸盐碎屑快速堆积的现象，这些时间跨度上千年或几百年的气候快速波动被称为Heinrich事件^{［１－４］}，很难用古气候的米兰科维奇理论来解释。最近对末次冰期中国马兰黄土堆积的调查发现，在末次冰期之中东亚冬季风也有多次加强，它与北大西洋沉积物中的Heinrich事件对应很好，暗示着东亚季风的变迁更直接受控于北半球冰量的变化，而不是过去人们认为的东亚古季风气候变化与地球轨道变化引起太阳辐射变化直接相关。      

黄土高原末次间冰期气候的不稳定性特征

欧共体格陵兰冰芯计划(GRIP)中的冰芯资料揭示末次间冰期气候具有快速变化的不稳定性特征,而美国格陵兰冰盖计划(GISP2)却不曾发现其不稳定证据。本文通过黄土高原诸剖面的古气候代用指标综合分析认为,末次间冰期,特别是早期气候曾出现过较大幅度的气候波动,存在不稳定性特征,支持了GRIP结果,表明中国黄土含有极地北大西洋的气候信息,是全球变化研究的理想记录。      

北京西山末次冰期旋回次生黄土初步研究

北京西山是中国末次冰期旋回风成黄土与古气候研究的经典地区除风成黄土外,该区各种次生黄土也十分发育,由于后者的堆积速率较大,其环境变化的分辨率更高。次生黄土中Ｓ１古土壤由３层古土壤夹两层黄土构成,Ｌ１中的古土壤由两层古土壤夹１层黄土组成。经年代测定和古气候分析,Ｓ１中的３层古土壤分别可与深海氧同位素５阶段中的３个暖期对比,Ｓ１中的两层黄土可与５阶段中的两个次阶段对比。     

过去气候演化的阶段性和突变

地球系统的历史信息是评估全球变化的一项重要因素。前些年，过去气候研究中发现了气候的突然变化的现象，突变证据大多出现在冰期，或由冰期向间冰期的过渡时期，并认为这是冰盖的成冰与溶解过程造成海水铅直运动的结果。近些年，过去气候研究还发现在间冰期中也出现突变。我国的历史文献、冰芯和沉积的高分辨率的古气候恢复工作发现近２０００年来中国气候明显存在着突变事件。因此，这给我们带来了新的问题，即间冰期气候的稳定性问题。如果气候突变的证据增多，那意味着气候系统很可能按两种方式运行     

北京西山末次冰期旋回次生黄土初步研究

北京西山是中国末次冰期旋回风成黄土与古气候研究的经典地区。除风成黄土外 ,该区各种次生黄土也十分发育 ,由于后者的堆积速率较大 ,其环境变化的分辨率更高。次生黄土中S1古土壤由 3层古土壤夹两层黄土构成 ,L1中的古土壤由两层古土壤夹 1层黄土组成。经年代测定和古气候分析 ,S1中的 3层古土壤分别可与深海氧同位素 5阶段中的 3个暖期对比 ,S1中的两层黄土可与5阶段中的两个次阶段对比。     

甘肃环县剖面记录的末次间冰期地磁场

环县剖面的古地磁研究结果表明，在第一层古土壤S1的上部和下部分别存在两个地磁场异常。通过剖面磁化率曲线与深海沉积物氧同位素曲线的对比，建立了地磁场变化的时间序列。S1上部记录的地磁场异常，年龄与挪威-格陵兰海及大西洋中发现的地磁异常年龄相当。S1下部的地磁异常，以磁偏角方向强烈摆动，偶极磁场强度明显下降为特征，其年龄与报道的布莱克事件的年龄相当，也与索马里海和地中海所记录的大幅度偶极磁场减弱相吻合，但与西宁剖面的记录不同的是，环县剖面记录的地磁场从没有达到完全的倒转，VGP曲线表现为围绕采样点旋转的经过南半球低纬地区的大环。这些特征表明，在偶极磁场减弱期，具有强烈区域性的非偶极磁场的变化可能对地磁场起着重要的作用。     

末次间冰期以来古火对千年及轨道尺度气候和植被变化的响应

火是地球系统的重要组成部分,与气候变化、植被演替关系密切。正确认识自然状态下火-气候-植被之间的耦合关系是理解过去火演化机理、预测未来气候变化下火活动频率和强度的迫切需要。末次间冰期及末次冰消期是现今间冰期的气候相似型,其轨道及千年尺度火与气候、植被演化规律研究可为维持全球升温背景下陆地生态系统的稳定提供重要科学依据。本研究聚焦末次间冰期以来已有古火研究,借助全球炭屑数据库,归纳总结千年及轨道尺度上火对气候和植被变化的响应规律,获得以下主要认识:末次间冰期以来,轨道尺度上火演化趋势整体上与气候变化趋势一致;末次间冰期全球火活动整体高于末次冰期,但波动性较大;全球火活动在D-O旋回暖期增多,D-O旋回冷期及Henrich事件中火活动减少;植被对气候响应的滞后可以解释古火记录对气候旋回的滞后。但由于涵盖末次间冰期的古火记录缺乏,导致末次间冰期时段的古火集成结果存在一定的不确定性。深入理解轨道-亚轨道尺度全球及区域古火演化规律及机制需要更多长时间尺度高质量的古火及古植被记录的支持。     

青藏高原东部末次冰期最盛期气候的花粉证据

青藏高原许多湖泊钻孔、泥炭剖面等所揭示的花粉记录为重建当时的古气候提供了可靠的证据．应用这些资料探讨青藏高原东部末次最大盛冰期植被和气候．大约２５～１５ｋａＢＰ前后西藏东南部、川西若尔盖及青海柴达木和可可西里地区,气候寒冷干燥,年均气温比现今低６℃左右,植被以荒漠草原为主;在青海湖地区森林退缩演变为草原植被;甘肃临夏气候冷湿,年均温比现在低５～６℃,发育山地暗针叶林     

近300a来古里雅冰芯记录的气候突变事件

根据古里雅冰芯高分辨率气候环境信息记录,利用小波气候突变的检测方法,对近300a来的气候突变事件进行了检测.结果表明,在百年尺度上,近300a来古里雅冰芯中所记录的δ¹⁸O(温度代用指标)发生了2次突变,分别在1788年和1932年;净积累量(降水量的代用指标)也发生了2次突变,分别在1805年和1939年;降水突变发生的时间迟于温度突变发生的时间.时间尺度越短,发生突变的次数则越多,这也体现了气候变化的层次性.因此,较好地确定隐含在气候资料中冷暖(干湿)期突变的位置,从冷暖(干湿)期的变更上去把握气候变化,将有助于认识气候变化的机理.     

大气甲烷的冰芯记录

冰芯包裹气体的提取分析提供了历史时期大气CH₄含量变化最直接的信息.“三极(南极、格陵兰及青藏高原)”冰芯的大气甲烷记录的恢复,刻画了自然变化时期大气CH₄含量的详细变化情景及不同纬度间的变化差异,并以此可进一步分析大气CH₄含量变化与气候变化的关系以及陆地CH₄排放随时间的变化特征.冰芯研究揭示,工业革命以来大气CH₄含量的急剧增长及其现阶段的大气含量是过去几十万年来任何气候变化时期从未发生过的.     

冰芯中不溶微粒的研究进展

冰芯中的微粒是反映大气粉尘的直接指标,其研究内容包括浓度、通量、粒径和矿物组成等在不同时期的变化特征以及其对全球气候的影响.简要地介绍大气粉尘对全球气候的影响,总结了近年来冰芯中的微粒研究以及用于解释末次冰盛期时高粉尘的几个气候模型的主要进展,着重讨论利用微粒的同位素特征来确定其来源以及利用微粒记录进行定年的方法与结果.     

最后4个冰期旋回中国黄土记录的东亚冬季风变化

开展高分辨率的黄土记录研究, 是揭示过去气候变迁和变率的主要途径.选择黄土高原中部的灵台和赵家川剖面, 对L5以上的黄土-古土壤序列进行了石英颗粒的提取和粒度分析.结果表明, 石英粗颗粒(> 43μm) 体积分数变化揭示了最后4个冰期旋回东亚冬季风存有的快速变化特征, 并同深海氧同位素记录具有良好的对应关系; 然而, 在每一个冰期时段, 石英粗颗粒体积分数的变化幅度和频率存有较大差异, 可能意味着对应的冰期下垫面状况和气候系统内部的非线性响应机制并不相同.值得注意的是由石英粗颗粒体积分数反映的东亚冬季风变化, 在某些时段不仅同磁化率记录的夏季风变化不协调, 而且同深海氧同位素记录存有明显差异.深入研究这种由不同代用指标反映的古气候变化间的差异, 对理解黄土记录的全球性意义显得尤为重要.      

川西高原黄土记录的末次冰期气候变化

川西高原位于高原气候区和季风气候区的过渡位置,该地区的气候特征对于认识青藏高原对周边气候的影响具有重要意义。通过对漳腊黄土剖面的¹⁴C年代测试、地层对比,结合粒度-年龄模型建立了剖面的年代序列。测试了粒度、色度、磁化率和碳酸盐等指标,建立了剖面的气候演化序列。结果表明,剖面记录了104 ka以来的气候变化过程。漳腊黄土粒度在MIS（深海氧同位素阶段）3和MIS4阶段的中值粒径接近,分别为17.6 μm和17.7 μm,反映了期间有一次高原隆升。漳腊黄土粒度曲线记录了多个粒度变粗和变细事件,粒度在H（海因里希）2时明显粗于H1,表明受到了高纬气候系统的影响。另外还存在2个明显的粒度变细事件,分别发生在处于MIS3的28~31 ka和42~45 ka,是低纬气候系统影响的结果。漳腊黄土研究结果表明川西高原气候系统影响因素的复杂性。     

漓江流域末次冰期以来气候环境变化研究进展

为更好地认识漓江流域过去气候环境变化,更好服务于漓江流域未来气候环境预测、生态环境建设及资源环境可持续发展,本文对漓江流域末次冰期以来的气候环境研究现状进行了总结和综述。总结了年代学、现代过程研究、古气候环境重建和古人类演化方面的进展及存在的问题,并对下一步的研究方向进行了分析和探讨。希望能促进华南地区过去气候环境变化研究,并对经济社会可持续发展提供借鉴和参考,助力桂林可持续发展创新示范区建设。     

漓江流域末次冰期以来气候环境变化研究进展

为更好地认识漓江流域过去气候环境变化,更好服务于漓江流域未来气候环境预测、生态环境建设及资源环境可持续发展,本文对漓江流域末次冰期以来的气候环境研究现状进行了总结和综述。总结了年代学、现代过程研究、古气候环境重建和古人类演化方面的进展及存在的问题,并对下一步的研究方向进行了分析和探讨。希望能促进华南地区过去气候环境变化研究,并对经济社会可持续发展提供借鉴和参考,助力桂林可持续发展创新示范区建设。     

火山活动的气候影响及其冰芯记录研究进展

系统地总结了不同时间尺度内火山活动影响气候的机理,回顾了不同区域冰芯记录火山喷发物质沉积信号的研究历史,阐述了不同气候模式对火山活动影响气候的数值模拟结果,并指出了相关研究中存在的不确定性.结果表明:火山活动通过释放大量的火山物质气溶胶影响气候波动,在年际至年代际时间尺度上,这种影响是显著的;然而,在更长的时间尺度上这种影响是否仍然存在,尚需更多研究的证实.冰芯中火山喷发物质沉积记录为研究历史时期火山活动及其气候影响提供了必要的参考资料,相关的气候模式利用该沉积记录较好地模拟了火山活动对区域乃至全球尺度气候的影响,为我们认识火山活动影响气候变化的机理提供了重要的理论支持,同时也为研究未来火山活动对气候的可能影响提供了参照.但是,冰芯中火山喷发物质沉积记录研究及数值模式模拟结果中尚存在诸多的问题和不确定性.     

南极地区数百年来气候变化的冰芯记录对比研究

随着国际横穿南极科学考察计划的实施, 近年来开展了沿中山站-Dome A考察路线的冰芯研究, 获得了伊丽莎白公主地250 a来气候环境变化的高分辨率记录. 通过与Lambert冰川流域西侧有关研究结果的对比, 揭示了该冰川谷地为东南极洲重要气候分界线的特征. 综合南极地区其它地点冰芯记录和冰盖变化研究结果, 发现以小冰期为代表的寒冷期在东南极洲较为明显, 在西南极洲则不明显, 甚或恰好相反, 表现为温暖阶段. 就东南极洲来说, 也存在明显的区域差异: 以Lambert冰川谷地为界, 东部地区, 如Wilkes Land (Law Dome), Victoria Land北部(Hercules Neve)等地, 小冰期冷期比较突出;西部地区, 如Dronning Maud Land和Mizuho高原, 情况不是很明确. Lambert冰川流域是非常特殊的地方, 虽然小冰期冷期也存在, 但1850年前后的显著高温和近100多年来的降温与南极洲其它地方都不一样, 而与南极半岛北侧一冰芯所给出的400 a温度变化记录极为相似, 我们尚不能解释为何如此遥远的两个地点具有很好的一致性而与其它地方则不一致.