青藏高原冰芯研究进展

青藏高原习研究是恢复该地区古气候、环境变化的有力手段,近年来取得了显著的成就。对青藏高原冰芯研究在稳定氧同位素、冰川积累量、冰芯的断代以及冰芯记录的环境指标等四个方面的研究进展进行了详细的评述,总结了冰芯记录所恢复的气候、环境变化研究成果,并对当前青藏高原冰芯研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了探讨。     

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。     

近2000年来气候环境变化的冰芯记录研究

文章通过对古里雅冰芯中δ＾１８Ｏ，冰川积累量和Ｃａ等指标的研究，恢复了过去近２０００ａ来气候环境的变化。作为温度指标的δ＾１８Ｏ反映了过去近２０００ａ来气候在冷暖波动中逐渐变暖的趋势。作为降水指标的冰川量反映出降水变化具有和温度变化相似的牲即降水在增减波动显示出逐渐增大的趋势。     

青藏高原西部纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义初探

纳木那尼冰川是喜马拉雅山西部地区规模较大的冰川之一,也是开展冰芯气候意义研究有重要潜在价值的冰川.但由于纳木那尼冰川位于西风环流和印度季风影响范围的交界带,不同的环流系统所输送的水汽带来不同的降水稳定同位素信号.因此确定纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义是开展该地区冰芯气候记录研究的前提条件.2008年在该冰川积累区所钻...     

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术（如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术）大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”（Atom Trap Trace Analysis,ATTA）的惰性气体（⁸⁵Kr、⁸¹Kr、³⁹Ar）放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的¹⁴C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯³H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

青藏高原南部冰芯记录与大气环流的关系*

通过念青唐古拉峰拉弄冰川垭口处(30°24'30″N, 90°34'12″E;海拔5850m)长度为29.5m的冰芯记录,恢复了1952~1998年间大气降水δD和净积累量的时间变化序列。上述两组序列与NCEP/NCAR气候资料的相关分析表明:δD和净积累量与中亚冬季的气压、南亚和青藏高原冬季、夏季的位势高度关系密切。中亚地区冬季气压的升高以及冬、夏季南亚和青藏高原位势高度的异常增强了印度夏季风,导致了念青唐古拉峰地区20世纪80年代以来降水量的增多和降水中δD值的降低。根据念青唐古拉冰芯δD和净积累量记录及其与亚洲地区大气环流的关系,可以通过青藏高原南部较长的冰芯记录来恢复过去该地区大气环流变化的历史。     

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,...     

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ^18O值对大尺度海—气相互作用的响应

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ＾１８Ｏ值与大尺度海表面温度（ＳＳＴ）之间存在显著的相关关系,显著相关工主要分布在海洋的洋流区,不同海区ＳＳＴ通过对大气环流的作用影响 川的陈水和水汽来源,当大气环流呈出现有利于海洋水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰芯中δ＾１Ｏ值减小,当大气环流呈出现不利于海洋水汽却有利于内际水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰贳 中δ＾１８Ｏ值增大,相关分析表明,在诸多影响δ     

慕士塔格冰芯钻孔温度测量结果

2002年8月对慕士塔格冰川累积区海拔6300m左右的两根冰芯钻孔(其中—根达到冰川底部基岩)进行了温度测量，揭示了该处冰川的温度分布特征．结果表明：慕士塔格冰芯的冰温是目前中低纬地区山地冰川中最低的，达-21．79℃，该最低温度出现的位置在35m以下；冰床底部的温度为-20．76℃，也远低于其它山地冰川的冰床温度，极低的温度对成冰过程有重要影响，并有利于获得可靠的冰芯记录。     

马兰冰芯记录的青藏高原中部现代升温变化特征

根据从可可西里地区马兰冰帽钻取的深102.07m冰芯记录中δ¹⁸O的年变化,恢复了青藏高原中部20世纪20年代以来的气候变化.研究表明,青藏高原中部的升温变化与北半球20世纪的升温变化的总体趋势一致,最暖阶段出现在50—80年代早期.期间也出现了几次明显的冷的波动,尤其80年代后期至90年代持续低温,可能与这一时段强盛的夏季风有关.这也表明20世纪末全球急剧升温变化的过程中,某些地区存在气候变冷的波动事件.     

喜马拉雅山达索普冰川积累量变化及其对青藏高原温度的响应

利用从青藏高原南部提取的达索普冰芯重建的积累量，研究其与印度夏季风之间的关系，并分析了近百年来积累量的变化趋势。应用子波分析方法对达索普积累量及高原温度变化进行分析，结果表明，积累量与高原温度变化都具有多尺度特征，在10－20a尺度上，高原温度与达索普积累量存在显著的正相关性。通过分析印度季风降水与高原温度之间的相互作用，探讨了达索普积累量对高原温度变化的响应。     

青藏高原多年冻土层中地下冰储量估算及评价

过去几十年来,沿青藏公路/铁路多年冻土区已经完成了数千个钻孔的钻探工作.经过仔细筛选,对其中的697个钻孔剖面的地下冰分布状况和其中9261个重量含水量的分布特征进行了分析.在水平方向上,依据地下冰的分布特征,把青藏公路/铁路沿线的多年冻土划分成少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层5个含冰量类别,并详细统计了各类冻土沿公路所占里程.在垂向上,将每个钻孔划分出3个深度段:即多年冻土上限以下1m范围内、上限下深1～10m段及上限下10m以下段,统计了各深度地下冰储量.青藏公路沿线多年冻土的平均厚度为38.79m,平均含水量为17.19%,据此初步估算出青藏高原多年冻土区地下冰的总储量为9528km3.     

冰芯和气象记录揭示的青藏高原百年来典型冷暖时段气候变化特征

气候冷暖变化问题是全球科学家研究的一个聚焦点,但高海拔地区的气候变化过程尚不十分清楚,作为全球气候变化的敏感区的青藏高原更是如此. 以青藏高原北部的古里雅冰芯、唐古拉冰芯和南部的达索普冰芯、宁金岗桑冰芯δ¹⁸O记录作为温度代用指标,同时结合青藏高原西北缘的吉尔吉斯斯坦Naryn站长期气象记录和北半球同时期的气温变化进行比较,研究了过去100 a来青藏高原北部和南部的温度变化. 结果显示：青藏高原过去100 a来共出现1910年左右、1920年左右、1950年左右、1970年代4个冷期,各冷期之间对应出现4次暖期,并且变冷的程度越来越弱而变暖的程度越来越强. 其次,青藏高原气候的变冷变暖在不同地区和不同时段差异很大：从空间尺度上看,青藏高原北部变暖过程比南部更强烈;从时间尺度上看,1910年左右和1920年左右的两次变冷十分明显,但1950年左右和1970年代的两次变冷不明显. 另外,虽然有发生在1990年代早期的短暂降温过程,但与其说是一个冷事件,还不如说是一次变暖过程中的短暂停顿,随后表现为持续升温.     

青藏高原冰川内部富含水冰层的发现及其环境意义

基于青藏高原昆仑山玉珠峰冰川Core 1冰芯钻取过程中所获得的相关资料,揭示出在该冰芯钻取点处的冰川内部34.34~34.64 m深度段存在一个富含水冰层,其未冻水(液态水)具有承压性质,水头高度至少可达到8.54 m. 该富含水冰层的存在不仅对冰川温度场带来了极大的影响,而且使该层中δ¹⁸O记录趋于均一化. 通过分析,揭示出该富含水冰层中可溶杂质离子浓度明显高于其上部冰层中的可溶杂质离子浓度,这是富含水冰层在形成初期其上部粒雪层融水下渗所引起的可溶杂质离子淋溶的结果. 同时,研究表明玉珠峰冰川粒雪中可溶杂质离子的优先淋溶顺序为NO₃^-> Mg²⁺> Na⁺> Cl^-> K⁺> SO₄^2-> Ca²⁺> NH₄⁺. 提出可利用最易淋溶离子的浓度与最不易淋溶离子的浓度之比值,来判断冰雪层中可溶杂质离子浓度峰值是否与淋溶有关. 结合青藏高原其他地点冰芯钻取过程中发现的富含水冰层状况,认为青藏高原冰川内部富含水冰层不是在整个冰川区域内呈层状分布,而是在冰川内部呈透镜状分布. 冰川内部富含水冰层的存在,表明其形成初期气候相对较暖. 最后,阐明了青藏高原冰川中富含水冰层的形成机理与演化过程,并预测了其潜在的灾害效应.     

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.     

基于冰芯记录与遥感数据的近期青藏高原粉尘变化研究

冰芯中的微粒记录是恢复过去大气粉尘变化的独特信息,选取青藏高原的西部(慕士塔格)、中部(唐古拉)、南部(珠穆朗玛峰、达索普和宁金岗桑)为研究地点,结合遥感数据(气溶胶指数)和冰芯记录(粉尘质量浓度与沉积通量)探讨过去几十年来青藏高原大气粉尘在时间上和空间上的变化.结果表明:青藏高原上气溶胶指数从北向南、从西向东减少,靠近塔克拉玛干沙漠的地区气溶胶指数数值最大,藏南地区最低,与西风环流在高原的传输路径和源区的地理分布一致.冰芯中粉尘质量浓度表现为:高原中部>高原西部>高原南部,而沉积通量表现为高原西部>高原中部>高原南部,与气溶胶指数相一致.通过冰芯中的粉尘沉积通量记录与气溶胶指数的相关分析,发现在年尺度上仅有唐古拉地区表现出较好的相关性,而在其他地区无明显相关关系.经过3点滑动平均后,高原各地的这种相关性均有所提高:慕士塔格地区相关系数为0.49(P=0.13);唐古拉地区的相关系数为0.87(P<0.001);宁金岗桑地区的相关系数为0.68(P=0.03).这种相关性为通过冰芯记录来反演更长时间尺度的青藏高原上气溶胶指数提供了基础.     

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望北大核心CSCD

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术(如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术)大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”(Atom Trap Trace Analysis,ATTA)的惰性气体(Kr、Kr、Ar)放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的14C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯3H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

青藏高原唐古拉哈日钦冰芯表层和深层可培养细菌特征

对唐古拉哈日钦冰芯表层0.04~3.04 m及深层127.44~130.36 m中可培养细菌进行了对比研究。发现表层和深层可培养细菌数没有表现出显著差异性,表层冰芯中可培养细菌数为0~9.8×10³ CFU·mL^-1,略高于深层冰芯的0~8.4×10³ CFU·mL^-1。表层冰芯中微生物总数为10³~10⁶ cells·mL^-1,深层冰芯中微生物总数为10²~10³ cells·mL^-1。冰芯中可培养细菌属于Firmicutes（厚壁菌门）、Proteobacteria（变形菌门）、Actinobacteria（放线菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Deinococcus-Thermus（异常球菌门） 5大类。但表层和深层可培养细菌属于不同的优势门,表层为Proteobacteria（38%）,深层为Firmicutes（42%）。表层和深层优势属均为Bacillus（芽孢杆菌属）,占比分别为18%和29%。已有研究表明哈日钦冰芯98.8 m达到了公元1000年的历史记录,因此对比千年尺度上可培养细菌数量及多样性的差异,能够为进一步发掘新基因,丰富微生物多样性,为了解可培养细菌的进化历史奠定基础。