雪冰中的黑碳记录研究的历史回顾

黑碳(Blackcarbon)是一类大气气溶胶,也是重要的气候驱动因子之一,它与人类活动密切相关.迄今发现,雪冰是保存和记录历史时期黑碳变化的最好介质.根据前人对南极冰芯、格陵兰冰芯、中低纬度山地冰川冰芯以及雪坑样品中的黑碳记录的研究成果,讨论了不同研究地区雪冰中黑碳含量的变化,黑碳对气候环境突变、大气环流变化的响应,总结了人类活动与雪冰黑碳记录之间的关系.雪冰黑碳记录还可以获得如森林大火这样的特殊事件的信息.     

雪冰中生物质燃烧记录研究进展

生物质燃烧释放的大量温室气体和烟尘气溶胶能够显著改变大气化学组成、扰动大气环流和水文过程、影响地表辐射平衡,是地球气候和环境过程的主要影响因素之一。生物质燃烧产生的烟尘颗粒等能够随大气环流过程进行迁移输送,在重力作用下或随降水过程沉降到地球表面,成为沉积物地球化学的重要组成部分。雪冰中诸如黑碳、钾离子、左旋葡聚糖等特征标志物记录能够较好地反映区域乃全球尺度的生物质燃烧信息。利用雪冰开展生物质燃烧现代过程和历史记录的研究对系统认识地球气候环境演变过程具有重要意义。从雪冰中可用于开展生物质燃烧记录研究的特征指标、不同地区的研究现状以及生物质燃烧的影响因素等方面综述了近20年来国内外的主要研究成果。并对当前在青藏高原地区利用雪冰开展生物质燃烧记录研究存在的主要问题以及未来研究工作的重点进行了探讨。     

浑沌气候学研究进展

对近几十年来兴起的动力气候模式作了全面的介绍和分析,指出气候系统是一类浑沌动力系统,具有对参数和初值的极其敏感性、内在随机性,以及自相似性等。Lorenz最先发现气候系统中的浑沌性质,之后Saltzman建立一系列简单的海洋、大气、海冰耦合的动力气候模式,通过对这些模式的试验研究,揭示了气候随太阳辐射、二氧化碳、气溶胶等参数的变化规律及其浑沌动力学性质。这些性质都表现在各种气候因子的时间序列中,为此,人们开始从时间序列中提取动力系统的演变信息,如计算分维数、Lyapunov指数以及建立相空间预报模式等。本文就上述问题的研究进展进行了全面的综述并作了展望。     

三极地区雪冰中黑碳研究进展

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子.三极(北极、南极和青藏高原)地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡.通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明:由于处于不同的地理位...     

南极冰盖NO－3浓度记录研究进展

综述了近年来南极冰盖雪冰中NO－ 3浓度的影响因素、NO－ 3的来源、沉积后变化及其浓度的时空变化特征的最新研究进展。尽管质子事件、超新星活动、陨石事件、火山喷发和核试验等各种突发事件都可能对南极雪冰中NO－ 3浓度产生影响,但综述和模拟结果表明中低纬度对流层闪电和极地平流层来源可能是南极雪冰中NO－ 3浓度本底的主要来源。综合研究表明,南极冰盖雪冰中记录的NO－ 3浓度可能是其来源、传输路径、沉积过程以及沉积后变化等的综合反映。     

单颗粒黑碳光度计在青藏高原雪冰样品分析中的应用

大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生, 经由传输以及沉降等过程, 可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表, 较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射, 导致雪表反照率降低, 加速冰雪消融, 进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感, 是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、 浓度变化大的特点, 优化了雪冰单颗粒黑碳光度计（Single Particle Soot Photometer, SP2）分析方法, 制定了规范详细的实验步骤, 评估了样品储存和分样、 进样方式、 样品稀释等过程对测量结果的影响, 并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明： 青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96 ng·mL^-1之间, 平均值6.69 ng·mL^-1。测样过程中连续测定胶体石墨标样, 校正后的回收率在75%以上。因此, 优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息, 对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程, 进而准确评估其对气候环境的影响程度, 具有重要意义。     

乌鲁木齐河源1号冰川表层雪的化学特征——以低分子有机酸和无机阴离子为例

雪冰化学的研究是全球环境变化研究中一个重要的组成部分,因为雪的低温环境有助于使保存在其中的各种信息不被破坏,所以雪是记录大气信息的良好载体.天山乌鲁木齐河源1号冰川地处欧亚大陆腹地,四周被戈壁沙漠所包围,植被覆盖面积极小,纬向西风环流携带而来的大西洋水汽为它提供了主要的水汽来源,降水事件以降雪为主.     

我国冰川的雪冰化学研究

冰川的主要补给来源是大气固态降水(或雪)。雪或冰不是绝对纯粹的物质,在其晶体内或晶体与晶体之间含有各种不同的矿物质和有机质,统称化学物质。这些物质主 要来自海洋水或地壳风化尘埃。研究冰川的雪冰化学元素和氢氧同位素含量及分布规律,可揭示冰川形成的气候环境。在我国,章申等最早对珠穆朗玛峰绒布冰川和希夏邦马峰野博康加勒冰川进行了雪冰化学的研究。之后,王平等在阿尔泰山友谊峰地区的哈拉斯冰川、天山托木尔峰西琼台兰冰川,骆鸿珍在乌鲁木齐河源1号冰川,王平(1984)在哈密八大石冰川、祁连山敦德冰川和冷龙岭冰川、横断山脉的贡     

冰冻圈关键地区雪冰化学的时空分布及环境指示意义

采用雪冰常量化学元素示踪体系, 系统分析了冰冻圈关键地区的南极冰盖、北极格陵兰和北极中心地带、以及以青藏高原为中心的高亚洲地区现代降水(表层雪冰)化学的空间分布、季节变化特点. 研究表明, 两极和高亚洲地区雪冰化学反映了全球或局地大气环境本底:南极现代雪冰化学代表了南半球或全球本底, 北极格陵兰地区代表了北半球对流层中部本底, 青藏高原海拔5 000 m以上的高海拔地区雪冰化学则代表中纬度地区对流层中上部本底. 其中, 离子浓度在两极冰盖和喜马拉雅山高海拔地区接近, 而在青藏高原北部高海拔地区则高得多. 三个地区雪冰化学的季节分布特点是: 在南极冰盖, 海盐气溶胶的"丰"季形成雪层化学峰值, 在北极, 冬春季污染物(所谓"北极霾")和漂尘形成季节峰值, 在高亚洲, 主要是春季降尘形成明显污化层. 青藏高原上大风季节与干季重叠, 静风季节与湿季重叠, 决定了干湿沉积过程具有明显季节转换. 总之, 主要阴、阳离子在南、北极和高亚洲雪层中的时空分布揭示了大气气溶胶的源区和传输, 其形成过程与大尺度大气环流、季风和局地尘暴等事件密切相关.     

南大西洋渐新世初碳酸盐记录(ODP 1263站)

渐新世初期,南极大陆在短时间内出现永久性冰盖,地球由两极无冰进入到单极有冰的特殊时期。越来越多的研究表明,这一重大气候转型事件与大气CO2及大洋碳储库的变化密切相关。南大西洋ODP 1263站碳酸钙软泥的粒度分析揭示了在渐新世初期发生的强烈碳酸盐溶解事件,碳酸盐溶解超前于底栖有孔虫氧同位素重值约100 ka,显示碳酸盐溶解事件先于南极冰盖的形成。由于碳酸钙泵的作用,碳酸盐的溶解会消耗大量的大气CO2,从而可能驱动了气候的快速变冷,导致南极大陆永久性冰盖发育。     

地球气候将平衡于又一次跳跃?

地球气候将平衡于又一次跳跃？当前，人们对地球大气中温室气体增加的可能气候影响十分关注。大气环流模式（ＧＣＭ）的计算机模拟结果表明，现今的气候系统可以被很好地了解、并将缓慢变暖。但是，过去１０万年的气候记录揭示出温度变化的极不相同的型式，温度不是按米兰...     

现代冰川中的微粒研究与气候环境变化

现代冰川雪冰中的微粒是重建过去气候环境变化的一项重要替代性指标。根据前人对极地冰盖和山地冰川冰芯及雪坑样品中的微粒粒径、矿物特征和含量变化等研究成果,讨论了微粒粒径变化,微粒与火山活动、大气气溶胶的关系,以及冰芯测年、微粒来源等相关分析,认为微粒中的代表性矿物、火山玻璃、粗糙系数和粒径分布可作为确定微粒源区的指标;微粒含量的变化与大气环流、气温高低及干湿程度密切相关,微粒含量的高值对应冷干气候,反之为暖湿;大气环流加强时,微粒含量增加,反之减少。微粒研究还能获得如火山活动、人类影响等特殊事件的信息。     

雪冰中生物有机酸研究的历史与现状

生物有机酸的研究有助于认识C、H、O等生源元素的生物地球化学循环 ,有助于认识大气酸雨的形成及其防治 .雪冰是记录大气中生物有机酸过去信息的良好载体 ,对其中生物有机酸记录的研究是认识过去大气中相应化合物的含量及其变化 ,认识有机酸的生物地球化学循环 ,进而恢复过去区域生态、环境乃至气候变化的有效途径 ,也是雪冰化学研究的前沿课题之一 .雪冰中常见的有机酸有甲酸、乙酸、丙酸、丙酮酸、草酸和羟基乙酸等 ,其中甲酸和乙酸是最主要的两种有机酸类 .过去十多年来 ,雪冰中生物有机酸的研究多集中在格陵兰地区 ,其次是南极 ,最近两年开始向中低纬度的山地冰川转移 .格陵兰冰芯中甲酸、乙酸的平均含量均不足 10ng·g-1,草酸含量则更低 .其有机酸主要来自北半球的森林大火和植物生长过程中的释放 ;南极洲雪冰中的甲酸平均含量不足 2ng·g-1,乙酸含量在 0 .15ng·g-1以下 ,它们主要源于不饱和有机物的大气氧化 ;格陵兰冰芯中MSA平均在 5ng·g-1以下 ,而南极洲的MSA平均不低于 7ng·g-1.它们的来源都与海洋浮游生物释放的不饱和有机物有关 .气候的变化影响两极地区生物有机酸的来源 ,进而影响冰芯中有机酸的记录 .我国天山乌鲁木齐河源 1号冰川为中纬度的山地冰川 ,其冰芯中的甲酸、乙酸分别是格陵     

“深时”（Deep Time）研究与沉积学

近百年来全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化,人类文明的发展迫切要求我们对这种变化的发展趋势及其环境与资源效应有更加深入的了解。仅仅对现代和第四纪气候研究是有局限性的,全面了解地球表层及气候系统需要研究整个地质历史时期地球表层系统的发展演化。基于这样一种需求,从沉积记录研究前第四纪地质历史时期的地球古气候变化及重大地质事件,并为未来气候预测提供依据的“深时”（Deep Time）研究计划在国际地球科学界逐渐形成。“深时”研究将聚焦地球气候系统中的重大科学问题,通过地质历史时期极端气候事件探讨气候变化的极限和速率、大气成分和大洋成分变化、大气环流和大洋环流以及生物圈、固体地球与太阳的联系等,最终揭示地球气候系统与地球系统的联系。“深时”研究将通过解译、定年和模拟的基本方法,发展完善大陆科学钻探项目,获得保存良好、高分辨率的沉积记录是重中之重。可以预见,“深时”研究将与“深空”（Deep Space）、“深海”（Deep Sea）和“深部”（Deep Interior）研究计划一样,成为未来国际和国内地球科学重大研究领域。同时,在开展“深时”研究过程中,沉积学也将扮演核心学科的角色发挥重要的作用。     

气候模式的概念、方法和现状

一、什么是气候模式 估计大气中二氧化碳含量增加引起的气候变化的主要方法是“物理方法”。所谓“物理方法”,就是根据基本的物理定律(如牛顿运动定律,能量守恒定律和质量守恒定律等)来确定“气候系统”的各种成份(大气、海洋、冰雪、植被及陆地表面等,见图1)的性状。这些物理定律通常是用数学方程式表达的,由此构成了气候的数学模式,也就是我们所说的气候模式。气候模式不仅可用于模拟当代气候,而且可用于模拟某些“外部”条件(如地球大气所接受的太阳能量,大气中二氧化碳含量等)的改变所引起的     

30~10ka云南高山湖泊高分辨率生物记录与气候突变事件

通过对云南泸沽湖高分辨率沉积指标序列(硅藻、枝角类和孢粉)的对比分析,初步揭示了水生生物(硅藻、枝角类和水生孢粉)对末次冰盛期期间气候变化的快速响应过程.结果表明,硅藻群落组成首先响应末次冰盛期时期的开始变冷,枝角类滞后,水生孢粉则表现为渐进的响应过程.然而,泸沽湖沉积硅藻记录对末次冰期以来的短时间尺度气候快速变化的Heinrich和新仙女木事件并未有响应,揭示气候事件判别的准确性取决于指标直接响应气候的特征以及多指标的综合对比.综合西南季风区云南不同海拔湖泊沉积记录(硅藻、孢粉、摇蚊等)获得的2万年以来数据及序列表明,末次冰期千年尺度的气候突变事件( Heinrich 1、 B?lling/Aller?d暖期和新仙女木YD冷事件)在整个西南季风系统中都有反映,且气候事件变化区间及幅度存在区域差异,其根本原因是受不同气候系统、复杂地形(青藏高原)的制约.     

我国高山冰川的雪冰化学研究

冰川化学又称雪冰化学,主要研究降落在冰川积累区的大气固态降水。广义的冰川化学研究,包括海冰、河冰、积雪、冻土地下埋藏冰等。冰或雪不是绝对纯净的物质,在其晶粒间含有各种不同的化学物质,研究冰川冰雪中化学元素和氢氧同位素含量、分布规律及特征,又可提供环境污染信息及冰川形成时的某些气候特征。我国的高山冰川化学,有些单位在60年代开展过一些研究,但仅限于喜马拉雅山脉的希夏邦马峰(章申等,1982)和珠穆朗玛峰两地区的冰川(章申,1979;章申等,1973,1975,1980),分析误差较大。1979年随着野外高山冰川考察事业迅速开展,冰川化学研究在阿尔泰山喀纳斯冰川(王平等,1982,1983;王平,1983)、天山托木尔峰西琼台兰冰     

大气科学发展的回顾与展望

回顾了20世纪大气科学的发展历程和所取得的重要成就。就20世纪这100年中大气探测技术、大气环流与大尺度动力学、数值天气预报和大气环流数值试验、大气物理、中小尺度气象学、大气环境和大气化学、中层大气、气候系统动力学、气候预测和全球变化等方面所取得重要研究进展和学术成就作了系统的回顾；并对21世纪初大气科学研究发展的趋势作了展望。     

重庆丰都雪玉洞群洞穴现代监测与古环境研究回顾和展望

重庆丰都雪玉洞群包括羊子洞、雪玉洞和水鸣洞,西南大学的研究团队从2008年开始对雪玉洞群开展了系统的现代过程监测,以了解洞穴系统气候和环境信息的传输、转化和记录过程。通过对雪玉洞洞穴内外的大气、植被、土壤、基岩、滴水和洞穴沉积物等的动态监测,研究了碳酸盐沉积过程的水化学指标变化,揭示了现代洞穴滴水的影响因素和变化过程,以及碳酸盐沉积物对现代气候环境变化的响应,也为古气候的定量化研究提供了基础支撑。现代过程监测记录表明:雪玉洞CO₂主要来源于上覆土壤,其季节变化受降水的影响较大;在短时间尺度上受到游客旅游活动的影响明显,但幅度远远小于自然过程引起的变化。雪玉洞内次生沉积物的沉积速率具有明显的旱季、雨季特征,不同滴水点下方沉积物的沉积速率变化较大。雪玉洞群三个洞穴的石笋古环境记录研究表明,本区石笋的230Th/232Th比值较适合高精度铀系测年;部分石笋沉积速率较快,平均沉积速率达到0.25 mm·a?1,可以开展高分辨率的气候和环境变化研究。羊子洞YZ1石笋的年龄范围在116~3 ka B.P.之间（平均测年精度2σ,269年）,覆盖了整个末次冰期,δ18O和δ13C的变化曲线和东亚季风区的其他记录具有明显的一致性。同位素测试的时间分辨率平均为88年,成功记录了一些百年－千年尺度的气候突变事件,如Heinrich事件、7.2 ka事件、小冰期等。在精确年代学的基础上,雪玉洞群石笋具有重建高分辨率气候环境变化的潜力。      

梯度淋洗法在雪冰样品有机酸测试分析中的应用

离子色谱法是分析有机酸的有效方法之一,而梯度淋洗可一次分离与固定相亲合力差异较大的多种有机酸和无机阴离子,改善离子的色谱峰形,提高分离度和选择性.雪冰是记录有机酸的良好载体,对雪冰中有机酸的研究可认识过去大气中相应化合物含量及其变化,从而恢复过去生态环境和气候变化.利用Dx-600离子色谱仪及外加水梯度洗脱程序对南极雪冰样品中的有机酸离子组分进行了测试和分析,初步探讨雪冰中有机酸离子特征及其对雪冰化学记录的影响.