青藏高原冰芯稳定氧同位素记录的温度代用性研究

以青藏高原为主体的第三极地区是中、低纬度最大的冰川作用区.冰芯记录可为该地区过去气候环境变化研究提供重要的信息.但在青藏高原地区尤其是高原南部印度季风影响区,其冰芯稳定同位素记录的解释还存在着不确定性.本文整合青藏高原不同空间位置上的10支冰芯δ18O记录,以研究其空间集成的序列与区域温度的关系,来论证青藏高原冰芯稳定同位素指标的温度代用性.将青藏高原北部和南部各5支冰芯及整个青藏高原面上的这10支冰芯δ18O记录经Z-score标准化处理后,与相应区域的器测气温标准化序列进行统计分析.结果发现,无论是高原北部、高原南部还是整个高原面上,冰芯δ18O与气温的标准化序列均存在显著的相关关系.在此统计分析基础上,将冰芯δ18O标准化序列延伸至1900年,从而重建了20世纪青藏高原地区气温变化,该气温序列与北半球气温变化具有较好的相似性.如上分析表明,青藏高原冰芯δ18O记录是区域气温变化的良好代用指标,多支冰芯δ18O记录的综合集成能更好地揭示过去气候变化特征.     

古里雅浅孔冰芯所记录的夏季风盛行时δ~(18)O与海温以及与500hPa高度场的关系

青藏高原古里雅冰帽浅孔冰芯中 (δ18O) max代表该区夏季风盛行时的温度状况 ,它与全球海温(SST)、北半球 5 0 0hPa高度之间的相关关系被分析 .对冰芯中 (δ18O) max产生重要影响的海洋相关区均位于海洋的洋流区或洋流汇合区 .它们分别在赤道东太平洋、太平洋西风漂流、东印度洋热池、莫桑比克海流、北大西洋海流、加那利海流和大西洋赤道海流 .其中位于低纬度海洋相关区的SST与冰芯中δ18Omax呈负相关关系 ,即当这些海区的SST升高 (或降低 )时 ,古里雅冰帽浅孔冰芯中 (δ18O) max减小 (或增大 ) .位于中纬度海洋相关区的SST与冰芯中 (δ18O) max呈正相关关系 ,即当这些海区的SST升高 (或降低 )时 ,古里雅冰帽浅孔冰芯中 (δ18O) max增大 (或减小 ) ;对 (δ18O) max产生重要影响的 5 0 0hPa高度上的相关区分别位于中低纬度大洋上的副热带高压区和巴尔喀什湖长波槽区 .这些相关区的高度均与冰芯中 (δ18O) max存在显著的负相关关系 ,即当这些相关区的高度值增加 (或降低 )时 ,冰芯中(δ18O) max减小 (或增大 ) .其影响机制表现为不同水汽来源向古里雅地区输送的差异 .欧洲脊和贝加尔湖脊的强度与 (δ18O) max存在显著的正相关关系 ,即当高压脊加强 (或减弱 )时 ,冰芯中 (δ18O) max增大(或减小 ) .它们对     

古里雅冰芯气候记录对ENSO事件的响应

ENSO现象是一个产生于大尺度海-气相互作用的全球事件, 它是影响全球中低纬度大部分地区气候年际变化的一个重要的因子. 通过高通滤波法、累积异常法以及非参数检验等方法, 对古里雅冰芯中所记录的气候信息与ENSO事件进行相关分析表明, 在厄尔尼诺年, 古里雅冰芯中记录的降水量显著减少, 但对于δ¹⁸O而言, 虽然也在厄尔尼诺年偏低, 但未达到显著性水平.     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18O记录与南方地区石笋记录的对比研究

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118～79 kaB.P.)高分辨率的δ18O记录.研究表明,万象洞石笋δ18O值与夏季风强度呈负相关关系,与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ18O记录有良好的对应关系,并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ18O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性,说明万象洞石笋δ18O记录了118～79 kaB.P.期间亚洲季风强度的变化,同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步,而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化.同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性,和巴西石笋δ18O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势,说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系,指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象.万象洞石笋δ18O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换,与NGRIP冰芯δ18O记录相似,而与神农架记录存在差异,说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感.     

东亚季风MIS 3早期DO事件的亚旋回及全球意义

根据湖北永兴洞石笋(YX51)10个U/Th年龄,470组氧、碳同位素数据建立了深海氧同位素3阶段(MIS3)早期57.7~35.6kaB.P.期间东亚夏季风演化时间序列。在发育时段,千年尺度δ18O峰谷变化与高纬冰芯记录的Dansgaard-Oeschger(DO)事件一致;δ13C呈现出与δ18O正相关同步演化特征,但受区域环境影响,在事件内部细节上存在差异。区域对比表明,同一季风区的永兴洞和葫芦洞石笋δ18O指示的季风降水同位素组成具有本质上一致性;高低纬记录对比显示,千年尺度的峰谷变化一一对应,反映热带辐合带(ITCZ)水汽传输能力、平均位置变化对东亚季风和高北纬气候具有重要影响。在DO13至DO15事件内部,永兴洞石笋δ18O记录了显著的双峰特征,说明低纬季风强度变化和格陵兰冰芯δ18O揭示的次级暖峰具有一致对应关系,指示大气快速传输机制在高低纬环境突变中起着重要作用。     

MIS 3晚期东亚季风强度和DO事件年龄

基于神农架山宝洞石笋(SB46)的9个230Th年龄和326个氧同位素数据,建立了末次冰期32.2～26.7kaB.P.和17.0～15.4kaB.P.的东亚季风降水序列。该序列和同一洞穴全新世石笋记录的对比发现,在MIS3晚期东亚季风区可能存在极强夏季风降水事件,相当于全新世季风强度,可能与岁差旋回太阳辐射及海陆水汽潜热释放增强有关。与葫芦洞石笋δ18O记录和格陵兰冰芯δ18O记录对比表明,东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应。山宝洞石笋年龄与葫芦洞石笋和格陵兰冰芯时标(SS09sea)在定年误差范围内基本一致,但山宝洞石笋与冰芯记录在DO事件的年龄、波形和持续时间上更为一致,不仅进一步说明了低纬季风气候与极地气温同步变化,而且有效地弥补了葫芦洞记录在这一时段的不足。     

古里雅浅孔冰芯所记录的夏季风盛行时δ18O与海温以及与500 hPa高度场的关系

青藏高原古里雅冰帽浅孔冰芯中(δ18O)max代表该区夏季风盛行时的温度状况,它与全球海温(SST)、北半球500 hPa高度之间的相关关系被分析. 对冰芯中(δ18O)max产生重要影响的海洋相关区均位于海洋的洋流区或洋流汇合区. 它们分别在赤道东太平洋、太平洋西风漂流、东印度洋热池、莫桑比克海流、北大西洋海流、加那利海流和大西洋赤道海流. 其中位于低纬度海洋相关区的SST与冰芯中δ18Omax呈负相关关系,即当这些海区的SST升高(或降低)时,古里雅冰帽浅孔冰芯中(δ18O)max减小(或增大). 位于中纬度海洋相关区的SST与冰芯中(δ18O)max呈正相关关系,即当这些海区的SST升高(或降低)时,古里雅冰帽浅孔冰芯中(δ18O)max增大(或减小);对(δ18O)max产生重要影响的500 hPa高度上的相关区分别位于中低纬度大洋上的副热带高压区和巴尔喀什湖长波槽区. 这些相关区的高度均与冰芯中(δ18O)max存在显著的负相关关系,即当这些相关区的高度值增加(或降低)时,冰芯中(δ18O)max减小(或增大). 其影响机制表现为不同水汽来源向古里雅地区输送的差异. 欧洲脊和贝加尔湖脊的强度与(δ18O)max存在显著的正相关关系,即当高压脊加强(或减弱)时,冰芯中(δ18O)max增大(或减小).它们对(δ18O)max的影响表现为长波槽脊的调整,从而间接地影响水汽向古里雅地区的输送.     

青藏高原西部阿汝冰芯记录的近100 a气温变化研究

以2017年9月钻取自青藏高原西部阿汝冰崩区长度55.29 m的阿汝冰芯为研究对象,通过冰芯δ18O记录与Nye模型重建了冰芯上部17.87 m的时间序列是1917—2016年.结合冰芯邻近的改则、狮泉河气象站1973—2016年夏季平均气温数据,通过相关性分析及线性回归法、Mann-Kendall(M-K)检验分析,...     

54～46 ka川东北石笋的氧同位素记录及其气候环境意义探讨

对采集于川东北诺水河溶洞群狮子洞的石笋SI3进行了TIMS U-Th定年和高精度氧稳定同位素(δ18O)分析,对其气候环境意义及与东亚夏季风演化之间的关系进行了研究.在54～46 ka之间,SI3的δ18O记录相对变化趋势与同样位于东亚季风区的葫芦洞和董哥洞石笋δ18O记录、与极地冰芯GISP2和中东以色列Soreq洞次生碳酸盐沉积的δ18O记录具有很好的可比性,显示了其与东亚夏季风气候演化和全球气候变化的密切关系.但与其他石笋数据的对比显示SI3的δ18O记录明显偏重,可能与SI3生长地点接近洞口的环境有关,SI3发生了18O富集.对SI3的δ18O记录与气候环境密切相关的机制进行了探讨.     

DO4事件的精确定年及亚旋回特征:来自福建龙岩仙云洞石笋的证据

DO4事件(Dansgaard-Oeschger event 4,简称DO4事件)是发生在MIS3阶段后期的1次明显升温事件。根据福建仙云洞石笋(编号XYⅢ-28) 300～500 mm层段6个高精度~(230)Th年龄和188个氧同位素数据,获得了29. 13～27. 94 kyr B. P.时期平均分辨率达7 yr的东亚夏季风强度的演变过程数据。该石笋δ~(18)O记录的DO4事件起止时间为28. 83±0. 06～28. 46±0. 06 kyr B. P.,持续时间为0. 37±0. 06 kyr。相对基于GICC05年层计数时标NGRIP冰芯δ~(18)O记录在DO4开始阶段的突变特征,仙云洞石笋记录的DO4事件开始阶段δ~(18)O值在145±60 yr内偏负0. 4‰,表现为相对缓慢的变化特征,这说明仙云洞所处的中国东南沿海地区有可能受到热带低纬海气耦合的影响。此外,仙云洞石笋δ~(18)O记录揭示了在DO4事件内部及附近存在一系列的百年至十年际尺度夏季风增强事件,与格陵兰冰芯δ~(18)O记录、阿拉伯海海盆反照率记录的DO4事件亚旋回结构在定年误差范围内相对应,表明东亚夏季风强度与北高纬温度变化和ITCZ (赤道辐合带)位置移动在百年至十年际尺度上存在紧密的联系。     

东南极LGB69冰芯1712-2001年气温变化记录的初步研究

南极冰芯记录着过去气温、降水等气候环境参数以及影响其变化的太阳活动、火山作用等各种因子变化,是研究古气候、古环境变化及其影响机制的良好载体.东南极LGB69冰芯高分辨率的地球化学分析表明:①该冰芯的水当量年平均积累率高达259 mm/a,利用δ18O和Na+季节性变化和火山喷发标志层,通过数年层的方法确定其沉积时间为290 a(1712-2001年)±2 a;②该冰芯δ18O与邻近的戴维斯站气温距平5年滑动平均值(1968-2001年)之间具有良好的正相关关系,是有效的气温代用指标,1712-2001年该地区气温是一个波动变暖的过程,划分为4个阶段,小冰期结束于1914年,20世纪5年滑动平均气温距平年平均值较小冰期末次冷阶段升高0.30C;③Morlet小波分析表明,1712-2001年该冰芯δ18O(气温)和积累率(降水量)均存在约11年、约22年和约60年的共同周期,多重时间周期的嵌套表明其对气候变化非常敏感.上述研究结果为进一步重建南极气候冷暖、降水序列变化,以及研究太阳活动、火山作用等因子对气候变化影响的内在规律奠定了基础.     

神农架天鹅洞石笋76～58 kaB.P.时段DO事件

据神农架高海拔天鹅洞一支石笋9个230Th年龄和332组氧、碳同位素数据,建立了76～58 kaB.P. Dansgaard Oeschger (DO)事件时间序列,揭示了深海氧同位素4阶段(MIS4)东亚季风降水百年尺度变化过程。天鹅洞和葫芦洞石笋、格陵兰NGRIP冰芯δ18O对比显示,天鹅洞记录DO18事件暖湿程度相当于深海氧同位素3阶段(MIS3)水平,其振幅类似于格陵兰冰芯δ18O记录。起始时间上,天鹅洞记录DO18事件在710年230Th测年误差范围内和葫芦洞记录保持一致,并支持了NGRIP冰芯记录对应时标。在全球降温背景下,如此典型DO事件指示了强季风降水过程。70 kaB.P.左右,冰芯DO19事件至少老于石笋记录约950年,远大于700年左右的230Th测年误差,对老于该时段的冰芯时标需高分辨率地质记录进一步验证。69.09～64.64 kaB.P.（ DO19ˊ~18）期间,冰芯记录的百年尺度峰谷变化和天鹅洞石笋记录一一对应,反映了低纬热带海洋和北大西洋温盐环流之间耦合作用。     

祁连山老虎沟12号冰川浅冰芯记录的气候环境信息

2006年6月在祁连山西段大雪山的老虎沟12号冰川钻取了一支20.12m的浅冰芯,对冰芯中化学组成成分的浓度变化特征和来源分析进行了研究.结果表明,冰芯中δ18 O和可溶性离子含量变化均显示了明显的周期性变化,δ18 O与祁连山西段温度有很好的正相关关系.通过相关分析和HYS-PLIT后向轨迹分析表明,老虎沟12号冰川...     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ~(18)O记录气候意义的再探讨

根据乌鲁木齐河源１ 号冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录与大西沟气象站实测的气温资料, 进一步系统地探讨了所研究区域冰芯δ１８ Ｏ 记录的气候意义。结果表明,冰芯δ１８ Ｏ 记录与夏半年（５月～１０ 月）平均气温之间存在一定程度的正相关关系,而与冬半年（１１ 月～次年４ 月） 平均气温不存在稳定的相关性。该结果拓展了中、低纬主地区山地冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录作为温度指标的适用性。     

重要海-气-天文事件与新德里季风降水中δ18O的关系

通过分析西南季风区印度新德里站夏季降水资料发现, 降水中δ18O变化趋势大致与太阳黑子变化趋势一致, 是温度效应的具体体现. 温度和降水的耦合导致温度和降水量的比值(T/P)与δ18O具有显著的正相关关系; ENSO与δ18O的遥相关关系是热带印度洋和太平洋海气耦合作用的结果, 是降水量效应的反映. 在500 hPa高度, 云滴的蒸发以及与下层向上层传输的季风水汽之间发生稳定同位素交换, 可能是导致500 hPa高度风的速率与δ18O正相关的主要原因, 温度效应及降水量效应对这一关系的形成起促进作用.     

北极巴罗地区13世纪以来花粉记录的气候变迁及其与青藏高原的比较

北极阿拉斯加巴罗(Barrow)地区(70°21′N,156°40′W)位于北极滨海平原最北端,根据湖泊钻孔花粉记录,210Pb和137Se测定以及多项环境代用指标测试(有机质含量、总C和总N含量、CaCo3),并结合当地现代冻原植被、表层花粉谱、当地70a的气象记录以及有关的冰芯、树龄等资料的综合对比研究,分析了13世纪以来巴罗地区气候和环境变化历史.大约在13世纪以前,巴罗地区植被稀少,气候寒冷,其后冻原植被发育良好,并经历几次演变.结合沉积地球化学元素测试结果和其他环境代用资料研究表明,小冰期以来Barrow地区曾发生3次暖期(公元1540—1600年,1660—1730年和1880—1992)和3次冷期(公元1440—1520年,1610—1650年和1750—1850年).这些冷暖事件与青藏高原冰芯记录对比发现,虽然在高频变化上,不同地区存在着差异,但重大冷暖事件都曾出现.其中3次暖期与青藏高原古里雅冰芯和敦德冰帽中代表温度变化的δ¹⁸O值指示的暖期基本一致,证实巴罗湖芯记录的环境变化序列是可靠的.同时,古里雅和敦德冰芯记录中反映传统小冰期中的15,17,和19世纪的3次冷期,在巴罗湖芯记录中都有显示.     

广州大气降水中δ^18O与气象要素及季风活动之间的关系

根据2004年5月至2005年6月广州日大气降水中δ18O资料和GNIP提供的广州、香港多年月平均降水中δ D、δ18O资料, 研究了天气尺度下广州大气降水中δ18O与降水量、水汽压、气温和露点温度等气象要素之间的关系, 并就季风活动对本地降水中δ18O的影响作了初步分析. 结果表明: 在天气尺度下, 广州大气降水中δ18O与降水量、水汽压、气温和露点温度均存在显著的负相关关系, 同温度露点差存在显著的正相关关系, 表明广州大气降水中δ18O变化具有显著的降水量效应和湿度效应. 夏季风期间季风活动对天气尺度下降水中δ18O的变化具有显著影响, 使得天气尺度下大气降水中δ18O变化有时并不遵循降水量效应. 从多年气候平均状况来看, 广州、香港降水中δ18O的季节变化同亚洲夏季风的爆发和推进演变过程较为相似, 在夏季风活跃的时期, 大气降水中δ18O值也较低, 反映了季风降水再循环活动对降水中稳定同位素含量具有显著影响.     

青藏高原西部降水中δ18O变化特征

根据青藏高原西部阿里地区狮泉河气象站和改则气象站取得的降水水样和降水气象资料, 分析了该区域降水中δ18O的变化特征.结果表明: 在长时间尺度上, 狮泉河和改则两站点历次降水中δ18O和气温之间都有较好的正相关, 尤其是降水中月平均δ18O与月平均降水温度之间相关性更加显著, 降水中δ18O主要受"温度效应"的影响.而在其中的某一年, 这种相关性不是很明显, 而且在降水中δ18O和降水时温度之间的相关性很好的年份, 在7月底或8月份初短期内降水中δ18O几乎都有一个突然降低的事件, 这可能与印度季风水汽输送有关.与狮泉河站相比, 在改则降水中δ18O和气温二者之间这种相关性相对较弱, 这与改则当地内陆水循环特别是强烈蒸发引起的降水有关.     

德令哈降水中δ18O年际变化与水汽输送

根据德令哈地区1992—2001年的降水中δ18O数据及降水时刻所记录的相关气象参数,并对比中国气象局气象资料和NCEP/NCAR格点气象数据,利用相关、回归等分析方法分别对该地区降水中δ18O与温度、降水量以及水汽通量之间的关系进行分析,并讨论了降水量与大气环流的变化关系,揭示了影响该地区降水中δ18O变化的气象因素,特别是与水汽来源之间的关系。研究结果表明,德令哈降水中δ18O年际变化表现出一定程度的“温度效应”,但与温度的相关性要低于季节尺度。不同类型汽团的水汽输送是影响降水中δ18O年际变化的另一个重要原因。     

修正BW方法在中国大气降水δ18O空间分布研究中的应用

为研究中国大气降水δ18O的空间分布,利用81个大气降水和冰芯站点δ18O资料和BW回归模型,拟合出大气降水δ18O与纬度和海拔的定量关系:δ18O=-0.024LAT2+1.541LAT-0.002 ALT-29.678.同时,为了优化BW回归模型的拟合结果,对BW回归模型的残差做了内插并比较了不同插值方法的精度.结果表明:以降水量为辅助变量的协同克里格法对残差的预测效果最好,与广泛采用的反距离加权法相比,该方法预测的BW残差与实际残差间的RMSE减小了0.14‰,ME也更接近于0.最后,利用最优的插值方法生成了BW回归模型的残差分布图,并将其与BW的模拟结果叠加得到了中国降水δ18O的空间分布图.其结果总体上反映了中国大气降水中δ18O的分布状况,为降水δ18O的现代过程研究以及古气候和古水文的研究提供了资料参考.