小冰期气候的湖北石笋碳同位素记录

研究季风区小冰期的结构特征和区域响应有助于深入了解季风系统与地球内外驱动力的耦合关系。利用湖北神农架永兴洞YX275石笋的7个230Th年龄和120个碳同位素数据,建立了1 360~1 955 AD期间5年分辨率的石笋碳同位素序列。石笋δ13C与δ18O记录在长期趋势上有很好的对应关系,对小冰期气候响应明显,δ13C记录在大尺度季风环流影响下主要反映了局域湿度变化特征。δ13C序列在1 453~1 890 AD显著正偏,表明小冰期时湿度明显降低。此外,石笋δ13C与亚洲夏季温度、南方涛动指数和热带辐合带记录有较好的一致性,表明亚洲大陆夏季温度和太平洋水汽可能通过影响夏季风的强弱来调控湖北地区的湿度变化。在小冰期内部,δ13C记录在1 450~1 550 AD和1 790~1 830 AD出现进一步正偏,这些振荡分别对应于太阳活动的Sp?rer和Dalton极小期,暗示太阳活动减弱期对中国中部小冰期水文振荡的进一步调控作用。     

树轮——流域径流变化的记录

根据树轮稳定碳同位素组成序列呆较灵敏地记录降水变化的事实，利用长白山红松树轮δ＾１３Ｃｔ序列与松花江年径流量之间的平均变化关系，重建了近２００年来松花江年径流量的变化；年径流量变化有明显的准２２年周期；１９００年以前，径流量在周期波动中呈上升趋势，１９００年之后，流动中呈下降趋势。     

树轮──流域径流变化的记录

根据树轮稳定碳同位素组成（δ１３Ｃｔ）序列可较灵敏地记录降水变化的事实，利用长白山红松树轮δ１３Ｃｔ序列与松花江年径流量之间的平行变化关系，重建了近２００年来松花江年径流量的变化：年径流量变化有明显的准２２年周期；１９００年之前，径流量在周期波动中呈上升趋势，１９００年之后，波动中呈下降趋势     

树轮记录的小冰期以来青藏高原气候变化的时空特征

小冰期气候为评估现代气候变化提供了最直接的背景。本文主要依据树轮资料,同时结合现代仪器观测记录,利用经验正交函数(EOF)方法探讨了青藏高原小冰期以来气候变化的时空特征。首先分析了高原的温度变化。近50年来青藏高原的温度变化基本同相位变化,没有明显的区域差异; 乌兰树轮序列是青藏高原的冬半年(9～4月)温度代用指标; 利用6条指示夏季或暖季温度变化的树轮序列合并形成的新序列可指示高原春季-夏季(3～8月)温度变化; 依据RCS(区域曲线标准化)方法建立的昌都树轮序列,能够反映整个青藏高原的年平均温度变化; 不同季节的温度重建序列均显示17世纪和18世纪20～70年代是高原小冰期气候寒冷的时期,而18世纪初,19世纪后半叶,20世纪中期的气候较温暖,且均显示20世纪末期气候的快速增暖事实。其次,从重建的亚洲区域夏季PDSI(Palmer Drought Severity Index)网格化数据集中提取42个网格点数据,分析了过去700年(1300～2005A.D.)高原的湿度变化。发现前3个特征向量代表了高原过去湿度变化的主要空间模态,与利用器测降水记录展开的EOF模态基本一致,表明主导高原干湿变化时空差异的物理过程是稳定的,不随时间而变化; 近700年来高原南北部湿度变化具有明显的区域差异,最显著的差别是: 自20世纪中期以来高原北部存在明显的变湿趋势,而高原南部却恰恰相反,呈现逐渐变干的趋势; 近700年来高原南部的干湿变化有超前于高原北部的趋势。     

从树轮纤维素δ13C序列看树木生长对大气CO2浓度变化的响应

在新疆昭苏树轮碳同位素组成研究的基础上，初步分析了近280a以来云杉内外CO2浓度比（Ci/Ca)，云杉内部CO2浓度（Ci)和水分利用效率（A／g)的变化，结果表明，在整个分析时段内Ci/Ca相对恒定在0．52左右，暗示树木生长对大气CO2浓度升高的基本响应策略；Ci和A/g都有较明显的升高趋势，说明可能有更多的碳被固定在树木之中，进一步分析表明，它们的这种趋势与大气CO2浓度变化有关，从另一个侧面证明了人类活动释放的碳有一部分被树木吸收。     

新疆昭苏云杉树轮纤维素δ^13C的气候意义

依据树轮纤维素δ＾１３Ｃ测定数据,分析了其气候意义,结果表明,树轮△＾１３Ｃ与气候诸要素之间有明显的相关性,包括降水、相对湿度、温度、日照时间（或太阳辐射）等,部分原因可归咎于云杉是一种浅根系植物、其生长对气候的变化较为敏感,因为它生长过程中所必需的各种养分和水分均是根系吸收的,分析表明,温度与树轮△＾１３Ｃ的相关性是它们与相对湿度或降水之间交互相的结果,日照时间与树轮△＾１３Ｃ呈正相关与光呼吸有     

两个树轮样品的^13C同位素研究及其古气候意义

两个代表不同生长时期、不同生长气候区的树轮样品研究结果表明．树轮^13C同位素组成记录了树轮生长时大气CO2的同位素组成和气候因子特点。现代样品^13C同位素组成反映了近代大气CO2浓度和组成变化特点。古代样品良好的同位素再现性，肯定了树轮^13C同位素作为历史时期气候记录仪的可行性。     

鼎湖山森林土壤14C表观年龄及δ13C分布特征

本文给出鼎湖山五棵松、庆云寺和坑口3个森林土壤剖面有机碳14C表观年龄,该地区成壤过程持续时间约为500～1000a最大     

树轮稳定碳同位素研究的应用现状与发展趋势

获取历史时期环境气候变迁资料是研究环境气候变迁的基础，在各种获取资料的方法中，树轮同位素方法是较为新颖，准确，定量的一种高分辨率方法。本文较为系统，深入地评述了树轮稳定碳同位素方法的原理及其在环境气候变迁研究的应用现状，并简要归纳了研究工作中的发展趋势。     

树轮稳定碳同位素与全球变化研究

本文介绍了与全球变化有关的树轮稳定碳同位素的研究现状,分析了树轮δ~(13)与大气CO_2浓度之间的关系,阐明了开展此项研究的目的和意义。通过10~3年尺度的树轮δ~(13)时间序列的研究,可据此分析过去小尺度气候变化的周期性规律,评估人为作用对它的干扰强度,预测未来几十至几百年的气候和环境变迁。     

用树轮δ13C重建1685年以来的大气CO2浓度变化趋势

对采自浙江西天目山地区的3株柳杉树盘,交叉定年后,测定了3株树轮δ13C的年序列,分析了3株树轮δ13C序列中所含的共同环境变化信息。用二项式拟合法去除气候因素引起的3个δ13C序列的高频变化,得到3个低频变化序列。分析了theLowDome冰芯记录的大气CO2浓度与树轮δ13C序列低频变化趋势的关系,建立了相应的转移函数,重建了天目山地区1685年以来大气CO2浓度变化。结果表明:用3株树轮δ13C序列重建的结果有较好的一致性,并与南极冰芯的记录及前人研究结果有很好的吻合。这一结果表明用同一地区不同树木个体的树轮δ13C序列的低频变化序列可以重建出基本一致的大气CO2浓度变化历史。     

埋藏古木的树轮碳同位素作为古气候变化代用指标的可能性

本文对广东不同时代、不同树种的埋藏古木树轮纤维素碳同位素序列研究发现:樟树和山桐子分别在相对炎热潮湿的气候环境中,其树轮δ13C值相对越偏正。结论如下:(1)古山桐子反映冰后期的冷凉气候;(2)古樟代表中全新世的潮湿热带气候;(3)古水松的大批死亡代表了晚全新世和历史时期几次寒冷事件。上述结论说明了古树树轮同位素可以作为古气候变化代用指标的可能性。通过古今对比,丰富了树轮气候学的研究内容。     

重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ13C、δ18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ13C、δ18O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰~-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ13C变化约在-8‰~-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ13C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如：洞穴温度、滴水高度和速率、CO2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。     

安图红松树轮稳定δ^13C、δ^18O序列记录的气候变化信息

测定了安图红松树轮稳定碳、氧同位素组成。选取与安图县毗邻的敦化市气象记录，分析了气象记录与树轮稳定碳、氧同位素的相关关系，发现红松树轮碳、氧同位素对气候变化均有显著的响应。合成了复合温湿指标（TH），相关分析表明树轮碳、氧同位素对复合温湿指标的响应更加灵敏，而且碳同位素和氧同位素均对5－8月的平均复合温湿指标有显著的响应。建立了碳、氧同位素对气候因子的响应函数，重建了安图地区近2000年来的气候变化。功率谱分析发现碳、氧同位素组成在95％的置信水平上存有准200年、准11年、准4年和准2年的变化周期。前两个周期变化基本上与太阳活动周期变化一致，后两个周期分别对应于“厄尔尼诺现象”和东亚夏季风的“准2年振荡”。     

辽宁暖和洞石笋δ13C记录的古气候环境意义初探

基于辽宁暖和洞石笋NH33铀系测年结果,利用900条年纹层及302个碳、氧同位素和灰度数据,建立全新世大暖期内近1000年的石笋δ13C与灰度序列(8638±60 - 7748±53 aBP)。碳同位素与灰度序列细节特征变化趋势上的一致性,证实了δ13C所指示的古气候意义。在百年尺度上,石笋δ13C主要响应于温度变化,由地表生物量的变化驱动。石笋δ13C序列可进一步划分为3个气候段:(1)8655 – 8366 aBP,气候偏热;(2)8366 – 8048 aBP,气候转冷;(3)8048 – 7756 aBP,气候相对温暖。这与同时段孢粉记录具有很好的一致性。其中,8366-8048aBP的冷期与北大西洋地区“8.2 kaBP冷事件”相吻合。石笋δ13C记录中也包含一定的非气候因素,主要由渗水速率变化引起围岩CaCO3溶解量的变化造成。将石笋δ13C和灰度数据进行回归分析,可有效地剔除这一水动力因素的影响。      

小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录

研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度²³⁰Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361~1955 A.D.时段分辨率达5 a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ¹⁸O值在-7.8 ‰~-9.3 ‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。

     

东亚季风区石笋δ13C是否记录植被变化:从川东北石笋记录的Heinrich事件说起

以往的研究中一般认为石笋δ13C变化的影响因素复杂,但在大多数报道中地表植被仍被认为是影响石笋δ13C变化的主要因素之一.本文综合国内外已发表的模拟试验研究结果及川东北地区已发表和未发表的石笋δ18O-δ13C数据,特别是Heinrich事件中石笋δ18O-δ13C的表现,指出地表植被不一定是影响石笋δ13C变化的主要因素,洞穴水文(如地下水流速、滴水速率、水文化学,等等)的变化可以解释通常观察到的石笋δ13C变化.植被变化的效应可以叠加在洞穴水文变化的效应上.洞穴系统的水文变化复杂性可能是造成石笋δ13C变化呈现较复杂特征的主要原因.     

小冰期十年际尺度亚洲季风变化的四川黑竹沟洞石笋记录

基于四川省黑竹沟洞一支石笋（编号：EB1）高精度²³⁰Th年龄和氧同位素数据,建立小冰期时期（1375~1810A.D.）气候变化时间序列。该序列δ¹⁸O值变化范围为-10.37‰~-8.58‰,敏感响应于区域气候变化过程。高分辨率δ¹⁸O变化序列能清晰地捕捉到10年际尺度振荡旋回。该石笋记录根据δ¹⁸O值变化可分为4个阶段：1375~1540A.D.和1680~1780A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏负,指示季风增强时期;1540~1680A.D.和1780~1810A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏正,处于弱季风阶段。与贵州董哥洞、甘肃万象洞和印度Jhumar洞石笋记录对比发现在小冰期时期δ¹⁸O变化特征具有一定的相似性,表明上述区域降水可能共同受控于印度季风水汽输送影响,反映了区域性夏季风经向环流及其降水变化特征。通过EB1石笋记录与北半球温度曲线的对比发现,两者在百年尺度上同相位变化,可能指示北高纬气候的控制作用。而该石笋与秘鲁东北部Cascayunga洞石笋记录的进一步对比结果显示亚洲季风与南半球季风记录呈反相位关系,证实了ITCZ位置的南北移动在半球间能量传递和交换过程中的重要作用。功率谱分析结果显示小冰期季风波动具有显著的25a和9a周期旋回,接近太阳黑子22a和11a周期频率,表明太阳活动变化可能是小冰期十年际尺度亚洲季风波动的重要驱动因素。

     

浙江煤山长兴阶有机碳δ^13C层序分布特征及古气候意义

本文通过对浙江长兴煤山Ｄ剖面长兴阶５６个样品的沉积有机碳碳同位素（δ＾１３Ｃｏｒｇ）分析,讨论了和只有机碳δ＾１３Ｃｏｒｇ在地层层序分布上的特征,及其与海水进退和碳酸盐岩δ＾１３Ｃｃａｒｂ及δ＾１８Ｏｃａｒｂ之间的关系。浙江煤山Ｄ剖面长兴阶δ＾１３Ｃｏｒｇ在地层层序上的分布总体呈现自下而上由重变轻的趋势,同时,δ＾１３Ｃｏｒｇ层序分布与生物演化及δ＾１３Ｃｃａｒｂ和δ＾１８Ｏｃａｒｂ层序分布之间具