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。     

300年以来古里雅冰芯中温度与降水量的关系及其原因探讨

对古里雅冰芯中所记录的３００ａ以来的降水量指标（冰川积累量）和温度指标（δ＾１８Ｏ）的详细分析表明,古里雅地区温度和降水量之间有较好的依存关系。在相对较长的时间尺度上,降水量的正距平必然对应着温度的正距平,反之亦然。但降水量的变化滞后于温度的变化约２０￣４０ａ,这可能不仅与海陆比热的差异有关,而且也可能与温度－降水量－植被－含水量等之间的正反馈过程有关。若考虑这种时间滞后,从某种程度上,可以通过温     

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.     

轨道及千年尺度上大气CO2浓度与温度变化的时序关系

大气CO2浓度与温度变化的时序关系是第四纪古气候研究的基本问题之一,对于理解目前人类所面临的气候变化问题具有参考价值。两极地区的冰芯既保存了气候变化的信号,也是大气CO2浓度的良好记录载体,为研究大气CO2浓度与温度变化的时序关系提供了重要线索。利用冰芯来重建过去的气候和大气CO2浓度的变化历史最早始于格陵兰地区,但是重建结果的时间跨度较短,目前最长的记录还未能跨越末次间冰期;而且,格陵兰冰芯内沉积了大量的碳酸盐粉尘,它们会与冰芯气泡内的酸发生化学反应生成额外的CO2,从而导致格陵兰冰芯重建的气泡CO2浓度偏差较大,不能真实地反映当时的大气CO2水平。南极冰芯是目前关于大气CO2浓度与温度变化时序关系研究的主要载体,利用大量的冰芯记录建立的冰层年代标尺已经较为精确,但是由于冰芯气泡的锁定深度较难得到精确的估算,使得重建的大气CO2浓度的年代标尺还存在较大的不确定性,这是二者之间的时序关系问题难以解决的最主要因素。此外,随着大量高质量古气候记录的不断积累,更大空间范围(不再局限于南极地区)内的温度变化与大气CO2浓度的时序关系研究在近年来得以开展,但其分析结果受数据处理方法的影响较大,还需要进行更多的对比探索。     

温度对青藏高原高寒灌丛CO2通量日变化的影响

应用涡度相关技术连续监测的CO₂通量及温度数据(2003年1月1日至2004年12月31日),分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO₂交换(NEE)日变化与温度之间的关系.结果表明:1)在暖季夜间(21:00至次日06:00时)温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼(07:00~20:00时)NEE变化与温度无显著关联;2)在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO₂交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO₂排放,使其作为碳汇的能力而减弱.     

若尔盖铀矿床碳同位素组成与∑CO2来源

本文分析了若尔盖铀矿床含铀热液中∑ＣＯ２，碳酸盐岩脱碳化成因的ＣＯ２，热解有机碳形成的ＣＯ２的碳同位素组成，并与岩浆源碳同位素组成进行上对比，结果表明，含铀热液中∑ＣＯ２的碳同位素组成与岩浆源碳同位素组成接近，说明含矿热液中∑ＣＯ２来源于岩浆，而不是地层岩石。     

河北临城白云洞洞穴旅游对洞穴CO2 浓度及温度的影响

河北临城白云洞碳酸钙景观极其丰富但风化严重.2000年"五一"黄金周对白云洞的客流量、温度、洞穴空气中的CO2浓度进行了系统的观测研究,并在8月、10月旅游淡季进行了对比观测.研究结果表明,洞穴旅游活动对洞穴的温度和CO2浓度的变化有主控作用.白云洞在"五一"长假游开始前最低CO2浓度为600ppm, "五一"这一天当游客量达到 5800人时,大洞厅中的CO2达到4400ppm,温度提高了1.1℃,而狭小洞厅中CO2浓度可达到5800ppm,温度提高了2.3℃.当洞穴旅游高峰连续维持多日时,洞穴中的CO2还会累积增加.如5月2日的游客达到4000多人时,狭小洞厅CO2达到7000ppm.旅游高峰期,洞穴CO2往往经过一个晚上的扩散和流动后,也回不到本底值.但洞穴温度的累积不很明显.     

天然气中甲烷和CO2的二元同位素特征

不同成因的天然气由于形成温度不同,往往会有不同的稳定同位素特征.但是,由于经常不能同时获得天然气以及它的生成母体的同位素成分,很难用单独的C或H同位素成分来确定它的形成温度.在形成天然气时,不同的温度会形成不同的二元同位素的浓度,温度越低,二元同位素的比例越大,因此只需要知道天然气本身的二元同位素的浓度,就可以确定形成温度,从而避免了需要知道天然气生成母体的同位素成分这一难题.本文利用高级量子化学计算,预测了不同温度下天然气中甲烷和CO2气体的二元同位素(Clumped isotope)的特征,提供用于天然气成因分析的新方法.     

天然气中甲烷和CO2的二元同位素特征

不同成因的天然气由于形成温度不同,往往会有不同的稳定同位素特征。但是,由于经常不能同时获得天然气以及它的生成母体的同位素成分,很难用单独的C或H同位素成分来确定它的形成温度。在形成天然气时,不同的温度会形成不同的二元同位素的浓度,温度越低,二元同位素的比例越大,因此只需要知道天然气本身的二元同位素的浓度,就可以确定形成温度,从而避免了需要知道天然气生成母体的同位素成分这一难题。本文利用高级量子化学计算,预测了不同温度下天然气中甲烷和CO2气体的二元同位索（Clumped isotope）的特征,提供用于天然气成因分析的新方法。     

格陵兰冰芯记录的大气环流变化及其与南极冰芯的比较(英)

The GISP2, central Greealand, glaciochemical series (sodium, potassium, ammonium,calcium, magnesium, sulfate, nitrate and chloride) provides a unique view of the chemistry of the atmosphere and the history of atmospheric circulation over much of the Northern Hemisphere. Interpretation of this record reveals the controls on both high and low frequency climate events of the last 110 000 years.Changes in insolation on the order of the major orbital cycles control the long-term behavior of atmospheric circulation patterns through changes in ice volume (sea level) and related positive feedbacks.Events such as the Heinrich events (massive discharges of icebergs first identified in the marine record)are found to operate on a 6 100 year cycle due largely to the lagged response of ice sheets to changes in insolation and consequent glacier dynamics Rapid climate change events (massive reorganizations of atmospheric circulation) are demonstrated to operate on 1 450 year cycle possibly in response to internal oscillations in the ocean-atmosphere system or due to changes in solar output. Changes in insolation and associated positive feedbacks related to ice sheets assist in explaining favorable time periods and controls on the amplitude of these massive rapid climate change events.Comparison of the GISP2 glaciochemical series with an ice record from Taylor Dome in Antarctica indicates considerable similarity suggesting that both polar regions experience marked changes in climate. While preliminary evidence points to similar phasing of several major climate events in the two polar regions exact phasing cannot as yet be determined, because dating of Antarctic ice core records is not as well-established as the dating for Greenland ice cores.     

长江三角洲千年冬温序列与古里雅冰芯比较

利用长江三角洲史料优势,重建公元820年代以来,年代级冬温序列.为测试古里雅冰芯记录的影响力,与之作比较研究.结果显示:其年代级变化背景有很好的对应关系,年代级变化有大同小异的复杂情况.舍弃量级,就年代级温度,降水升降,约有一半是同步的,且有大致对应的温湿组合.说明两地虽远隔数千公里,环境生态条件悬殊,年代级气候变化仍有响应.最后就形成响应的成因机制作初步分析。     

利用多年冻土区湖相沉积物中埋藏植物稳定碳同位素组成重建大气CO2浓度

沉水植物碳同位素分馏同水中溶解无机碳浓度有一定的关系，因而可以通过青藏高原多年冻土区的湖相沉积物中埋藏沉水植物－－龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus)植物屑的碳同位素组成重建该地大气CO2浓度的变化情形，研究结果表明，该地在9．17－6．77ka BP间，大气CO2浓度是整个研究时间段中最低的，其后在6．77－4．56ka BP时期大气CO2浓度增加，在4．56－2．17ka BP之间，大气CO2浓度是整个研究时间内CO2浓度最高的阶段，植物屑的碳同位素组成反映了溶解无机碳浓度的变化，从而可用以重建大气CO2浓度的变化情况。     

过去1 000 a大气中主要温室气体冰芯记录研究概述

对南北两极和中低纬度山地冰芯中开展的温室气体的相关研究进行了回顾.结果显示:在1000aBP到工业革命阶段,大气中CO2,CH4和N2O等温室气体的浓度及气体稳定同位素受各种自然来源影响显著,平均含量较低,浓度波动也较小;工业革命之后,随着人类工农业等活动对环境的影响的加剧,大气中3种温室气体的含量呈现出剧烈的上升趋势.2007年IPCC第四次评估报告显示,目前CO2、CH4和N2O气体浓度的全球大气平均含量分别达到379mL·m-3、1774μL·m-3和319μL·m-3.对影响工业革命前南极、格陵兰及青藏高原冰芯中温室气体的含量的因素总结发现,由于受不同的温度、杂质含量等条件的影响,温室气体含量区域差异较大.1800A.D.以前,格陵兰冰芯中CO2的含量较南极冰芯高出9mL·m-3,青藏高原达索普冰芯CH4平均含量较南极和格陵兰冰盖高出15%～20%,格陵兰冰芯中的N2O含量也明显高于南极冰芯.工业革命以后,冰芯中3种气体浓度表现出强烈的上升趋势,并均达到1000A.D.以来的最高值.     

Role of Carbonic Anhydrase as an Activator in Carbonate Rock Dissolution and Its Implication for Atmospheric CO_2 Sink

The conversion of CO2 into H+ and is a relatively slow reaction. Hence, its kinetics may be rate determiningin carbonate rock dissolution. Carbonic anhydrase (CA), which is widespread in nature, was used to catalyze the CO2 conversion process in dissolution experiments of limestone and dolomite. It was found that the rate of dissolution increases by a factor of about 10 after the addition of CA at a high CO2 partial pressure (Pco2) for limestone and about 3 at low Pcoj for dolomite. This shows that reappraisal is necessary for the importance of chemical weathering (including carbonate rock dissolution and silicate weathering) in the atmospheric CO2 sink and the mysterious missing sink in carbon cycling. It is doubtless that previous studies of weathering underestimated weathering rates due to the ignorance of CA as an activator in weathering, thus the contribution of weathering to the atmospheric CO2 sink is also underestimated. This finding also shows the need to examine the situ distribution and activ     

1954年以来珠穆朗玛峰地区两支冰芯记录的对比分析

根据珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)地区远东绒布冰川和东绒布冰川两支冰芯记录的恢复,1954年以来的冰川净积累量相差达1倍以上,但两支冰芯记录均表明:20世纪60年代冰川净积累量出现急剧减少现象,印度季风系统的突变可能是造成冰川净积累量变化的主要原因.两支冰芯δ¹⁸O剖面的总体变化趋势基本相同,但研究时段内远东绒布冰芯的δ¹⁸O平均值比东绒布冰芯的相应值低3.12‰,其原因有待进一步研究.两支冰芯的主要离子浓度剖面之间也存在较明显的差异,沉积后过程是导致这一差异的原因所在.     

格陵兰冰芯氧同位素显示近千年气候变化的多尺度分析

用经验模态分解(EMD)方法对格陵兰冰盖GISP2冰芯古气候代用指标δ~ (18) O 序列进行分解, 结果表明: 格陵兰近10 ka来气候变化总趋势出现历时约490 a的中世纪暖期和历时约570 a的小冰期, 其间还存在次级的冷暖期变化;气候波动具有3 a、 6.5 a、 12 a、 24 a、 49 a、 96 a、 213 a、 468 a准周期, 既有NESO的因素, 也受制于太阳活动周期的影响. 第7, 第8内在模函数(IMF7, IMF8)波动振幅以及总体趋势分量res在1350A.D.出现明显的转型, 表明1350A.D.为中世纪暖期和小冰期的分界.     

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.     

慕士塔格冰芯降水记录及其对冰川水资源的气候意义

2003年在东帕米尔慕士塔格冰川海拔7010 m处钻取了的一支长41.6 m的冰芯,从中恢复了1955年以来的积累量.结果表明:自20世纪70年代以来,冰川积累量持续减少,特别近年来积累量呈加速减小趋势;平均而言,20世纪90年代后期至2003年平均积累量只有20世纪60年代冰川积累量的一半.重建的慕士塔格地区冰川物质平衡近20 a来亏损严重,主要是由近年来慕士塔格高山区降水的减小和温度的升高共同作用引起的.对主要以冰川融水为补给的塔里木河流域上游山区而言,短期冰川融水的增加会调节河流径流,而当冰川得不到足够的降水补充时,冰川的退化必然影响到下游的河流径流.     

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,...