晚新近纪亚洲内陆的干旱化趋势

本世纪以来 ,受全球增温和其它各种因素的影响 ,地球环境急剧恶化 ,对人类的生存和发展构成严重威胁。我国地处生存环境脆弱多变的东亚地区 ,在全球气候变化和社会经济高速发展的影响下 ,环境问题显得日益突出。其中尤以地处亚洲内陆的我国西北部地区的生态环境恶化最为严峻 ,干旱化及相伴的水资源短缺已成为制约西部经济可持续发展的重要区素。我国西北部地区的干旱化问题是继续加剧 ,或是有可能回暖到一个相对湿润期 ?人类活动的影响和自然环境演变的相互关系究竟如何 ?要科学地回答上述问题 ,首先必须了解有人类活动的新近纪以来 ,亚洲内…     

15Ma以来海陆记录的轨道-构造尺度东亚季风的演化以及西北内陆的干旱化

通过对比分析中国内陆、南海和西北太平洋15Ma以来的构造和气候记录, 本文探讨了构造和轨道尺度上东亚季风和西北内陆的干旱化历史。构造尺度上, 在中中新世以来全球变冷的格局下, 东亚冬季风逐步增强。而东亚夏季风表现出从10Ma开始逐渐减弱, 4Ma再次增强的阶段性变化。我们推测在11.16~7.00Ma, 由于青藏高原向东北方向的扩张, 导致高原东北缘和西秦岭之间可能存在水汽通道, 夏季风降水可以通过水汽通道到达青藏高原的东北缘。7~8Ma之后水汽通道可能全部关闭, 加上全球变冷和夏季风的减弱, 西北内陆全面干旱, 同时高原东北缘的隆升也提供了粉尘物源, 风尘开始大面积堆积。2.75Ma 以来, 在冰期-间冰期旋回上, 夏季风变化领先冬季风约30ka, 分析表明冬季风与北极冰盖的强迫联系紧密, 而夏季风同时受到高纬冰盖和低纬过程的驱动。     

临夏盆地新生代沉积物高分辨率岩石磁学记录与亚洲内陆干旱化过程及原因

亚洲内陆干旱化是全球新生代大陆环境变化中最引人瞩目的重大事件,与新生代全球变冷和青藏高原隆升密切相关。文章通过对甘肃临夏盆地几乎连续的新生代沉积物系统岩石磁学性质研究,获取了高分辨率磁化率和非磁滞剩磁记录,揭示在29.08.6Ma的漫长的以湖相粉砂岩和泥岩为主的渐新世晚期和中新世早、中期没有明显的长期变化,从8.6Ma开始持续增加,尤其从6.4Ma和5.3Ma开始表现出两次快速持续增加。同时,以8.6Ma为界磁性矿物相对含量发生明显变化,此前以赤铁矿为主,磁铁矿和磁赤铁矿次之,此后以磁铁矿和磁赤铁矿为主,赤铁矿次之,磁性矿物类型和性质类似于风成红粘土和黄土。因此,我们将这种沉积物中磁性矿物组合、性质和含量的长期变化解释为流域外风成物质的加入,指示我国西北内陆现代干旱气候可能从8.6Ma开始,7.46.4Ma后急剧加速变干,5.3Ma后再次加速变干,并最终形成今天的干旱区的过程。98Ma开始的青藏高原阶段性快速隆升和随后的全球变冷可能是驱动亚洲内陆干旱化进程的动力。     

柴达木盆地SG-1孔1.0Ma以来碳酸盐同位素记录的亚洲内陆干旱化及成因

亚洲内陆干旱区是连接赤道和中高纬地区的过渡地带,也是西风气候和季风气候的相互作用区,其形成演化与青藏高原的隆起和全球变化等因素密切相关.因此,揭示其干旱化过程和趋势具有重大的理论和现实意义.文章对来自柴达木盆地察汗斯拉图干盐湖的深钻SG-1孔沉积物进行了初步的碳酸盐碳氧同位素测试与分析,结果清晰地指示了柴达木盆地自1.0Ma以来的持续干旱化及约0.6Ma以来的加速干旱化过程,我们认为1.0Ma以来的持续干旱化可能是全球气候变化和构造活动共同作用的结果,而约0.6Ma以来的加速干旱化可能是昆黄运动所导致的高原北部强烈隆升和区域环流系统变化或强化所造成的.     

晚渐新世以来青藏高原北部东昆仑山构造隆升对亚洲内陆干旱化的潜在影响——基于现代地质观测证据

青藏高原的构造隆升—生长过程及其资源环境效应是地球系统科学研究中的一个重要命题。其中,新生代青藏高原构造隆升过程与亚洲内陆干旱化之间的联系是研究的一个热点和难点。本文基于青藏高原从那曲到格尔木沿109国道现代地理要素和景观变化的证据以及大量器测数据和模拟结果讨论了青藏高原具体区域对亚洲内陆干旱化形成演化的重要影响,结果指出东昆仑山对印度季风继续深入内陆具有明显的阻挡作用,是一个重要的水汽屏障。同时本文结合东昆仑山晚渐新世以来主要构造隆升事件与亚洲内陆干旱化关键时间点的高度契合,进一步指出东昆仑山晚渐新世以来的构造隆升对亚洲内陆或者至少柴达木盆地的干旱化事件具有重要的影响,但是~3.6 Ma之后,北半球冰期对内陆盆地的干旱化的影响更大。     

晚渐新世以来青藏高原北部东昆仑山构造隆升对亚洲内陆干旱化的潜在影响 ——基于现代地质观测证据

青藏高原的构造隆升—生长过程及其资源环境效应是地球系统科学研究中的一个重要命题.其中,新生代青藏高原构造隆升过程与亚洲内陆干旱化之间的联系是研究的一个热点和难点.本文基于青藏高原从那曲到格尔木沿109国道现代地理要素和景观变化的证据以及大量器测数据和模拟结果讨论了青藏高原具体区域对亚洲内陆干旱化形成演化的重要影响,结果...     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

全新世期间亚洲和非洲干旱区环境的短尺度变化

过去对北非和中国干旱区140 ka BP来环境演化的初步对比表明,两地的干旱度在万年时间尺度上基本同步。这种关系是否也适用于全新世百年尺度的干旱事件,仍是有待研究的问题。本文对撒哈拉地区569个地表淡水指示物和我国北方干旱区158个古土壤和湖泊沉积的14C年代数据进行了时空频数统计分析,揭示出两地沙漠在全新世期间至少经历了三次同时性的、百年-千年尺度的干旱事件, 叠置于季风气候对地球轨道变化响应的总体趋势上;沙漠在纬向上的进退主要受控于季风前沿的伸缩幅度, 说明两个季风系统的短尺度变化可能受统一因素控制。最为显著的干旱事件发生于约4 ka BP。两地干旱区在过去认为的6 ka BP 前后的全新世气候适宜期并没有表现为稳定的湿润环境。我国过去发现的该时期不少的干旱证据被解释为高温所导致的强烈蒸发作用所致。但全新世中期的干旱期在热带的存在及其与冰心记录中低甲烷事件的吻合难以用蒸发来解释,而应与夏季风环流的减弱有关。     

西太平洋深海沉积物记录的～80ka以来风尘物质输入与东亚冬季风强度

大洋沉积物中的风尘记录良好地揭示了风尘源区干旱化过程和季风强度变化。以位于西太平洋采薇海山附近的柱状沉积物(MABC19孔)为研究对象,在基于地磁场相对古强度对比获取年代框架的基础上,从沉积物粒度组分和磁学参数中提取研究区~80ka以来风尘物质的记录。沉积物高矫顽力磁性矿物参数结果指示,研究区风尘输入量自~80ka以来总体呈逐渐增加趋势,在MIS3/MIS2转换阶段风尘输入量增加明显,揭示了风尘源区古气候条件的转变。通过碎屑沉积物粒径—标准偏差方法提取代表风尘输入的敏感组分,其平均粒径记录了东亚冬季风强度在MIS3/MIS2转换阶段显著增大,该记录与黄土地区风尘记录指示的东亚冬季风强度变化在MIS3阶段高度一致,在其余时段存在着差异,初步推测这是由于高空风尘输送机制的海、陆差异所致。     

多尺度地震信号属性分析

地震信号的瞬时属性分析对地震岩性解释和烃类检测很有帮助,通过采用希尔伯特变换的复数道分析方法。利用这种方法,可以比较方便地从地震记录中分离出波的瞬时振幅、瞬时相位等参数。信号的不同频带具有不同的属性特性,而小波变换具有对信号进行多尺度分解的特性,如采用解析小波则分解后的小波系数仍为一解析信号,且其虚部是其实部的希尔伯特变换。因此根据这一特点可以研究地震信号在不同分辨率下的属性特征。     

一个新的东亚冬季风强度指数及其强弱变化之大气环流场差异

文章提出了一个新的东亚冬季风强度指数,并以此为依据从1948～1999年中挑选出两组强弱冬季风年份,通过合成分析对大气环流场和海表温度场在强弱东亚冬季风年的差异进行了对比分析。结果表明:东亚冬季风强度变化不单纯受局地气候系统影响,而与北半球半球尺度上的大气环流异常紧密相连。相对于弱的情形,强东亚冬季风年份中国大陆中东部及其东部大部分海域在整个对流层盛行偏北风距平、乌拉尔阻高显著加强、欧洲大陆西部维持一个深厚的气旋性异常环流系统、西风带环流偏弱、200hPa层南亚高压偏弱;中国大陆、北极地区、蒙古国大部分地区、欧洲大陆西北部表面温度降低;我国大陆与北太平洋海平面气压差加大;东亚大槽加强。研究还揭示,强东亚冬季风年份对应于北大西洋涛动弱指数,北大西洋和北太平洋海温状况对同期东亚冬季风强弱有着显著的影响     

黄土高原记录的MIS 6.5期东亚夏季风信号及其古气候意义

深海氧同位素(MIS)6.5期是古气候演化的一个特殊时期。其太阳辐射强度显著高于全新世, 但当时冰量较大, 全球气候整体处于冰期环境; 此现象支持全球气候变化主要受控于全球冰量。然而, 来自中国石笋氧同位素异常偏负, 指示东亚季风区湿润程度已达间冰期水平, 支持东亚夏季风直接受太阳辐射所驱动。为理解以上冲突, 本研究选取黄土高原沉积序列为研究对象, 考察东亚夏季风是否可能在MIS 6.5期发生扩展, 理解东亚季风区对太阳辐射的响应关系。研究结果发现:MIS 6.5期黄土高原水分条件与MIS 3期类似, 显著低于典型间冰期气候。MIS 6.5期与典型间冰期之间降水量的差别, 由季风边界区向核心区呈现逐渐降低的趋势。东亚夏季风演化与太阳辐射变化并不完全一致。黄土高原西北部沉积序列记录的东亚夏季风演化包含有强烈的岁差周期和100ka周期, 可能受全球冰量和低纬地区太阳辐射的共同影响。     

中更新世以来东亚冬季风海陆记录对比

东亚季风系统是世界上唯一同时具有强劲夏季风和冬季风的气候区。由于东亚冬季风与北半球冰盖体积大小强烈相关, 可以提供北半球冰盖在第四纪冰期旋回过程中的变化信息, 因此研究东亚冬季风演化具有显著意义。本文通过现代观测数据, 发现在多年际时间尺度上, 南海南部和北部的年均表层水温差值与南海上空冬季风风速存在相关性。因此, 利用南海南北表层水温梯度重建记录, 可能可以反演地质历史时期冬季风的强度变化。然而, 过去80万年以来, 重建的南海表层水温梯度记录与全球冰盖体积、黄土粒度记录不存在相似性。频谱分析结果表明, 全球冰盖体积和黄土粒度变化均有偏心率、斜率和岁差周期, 且在这些周期上具有显著相关性。南海表层水温差值变化却只有强烈的斜率和岁差周期。斜率周期与全球冰盖体积变化相关, 岁差周期与全球冰盖体积和北半球太阳辐射量变化都不存在相关性且没有稳定的相位差。分析表明, 认为有两个原因可能引起冬季风海洋记录和黄土记录的差异:一是两类记录分别反映的是低纬度和中纬度的冬季风风速变化, 而冬季风在两个区域里的演化历史可能并不一致; 二是存在别的因素可能会影响南海的温度梯度变化。冰期时台湾海峡和巽它陆架的出露, 会引起南海表层环流的改向, 继而导致表层温度场分布的变化。因此, 在冰期-间冰期旋回尺度上, 南海南北温度梯度不能单纯反映东亚冬季风变化。这两个推测都需要后续高精度海洋数值模拟结果的证实。     

南海北部上新世晚期东亚冬季风增强的同位素和有孔虫证据

对南海北部大洋钻探ODP1 1 48站进行稳定同位素和有孔虫分析 ,采用多种替代性指标 ,追溯上新世晚期以来东亚冬季风的演变。发现约 3 1～ 2 2MaB .P .之间 ,浮游有孔虫Globigerinoidesruber的δ13C值显著降低 ,而Neogloboquadrinadutertrei的相对丰度明显增大 ,指示冬季风急剧增强 ,并伴随表层海水温度的降低和古生产力的增高。此后 ,冬季风还有几次明显的增强 ,特别是在约 1 7MaB .P .,1 .3MaB .P .,0 .9MaB .P .,0 .6MaB .P .和0 2MaB .P .。     

轨道尺度东亚夏季风的动力反演

为了探求太阳辐射和高纬地区温度对东亚夏季风的驱动机理,用动力反演的方法建立了东亚夏季风的动力方程,为东亚夏季风的驱动机制研究提供了一种新的方法。在轨道尺度上得到如下结论: 东亚夏季风是由南极温度和太阳辐射量共同驱动的复杂非线性动力系统; 太阳辐射是驱动东亚夏季风的最重要驱动力,驱动贡献至少达到67.57%,南极温度次之,其驱动贡献达到21.58%,格陵兰温度对东亚夏季风的驱动不起作用; 太阳辐射量的增加,会驱使东亚夏季风增强; 南极温度存在一个阈值,在阈值两侧,对东亚夏季风具有不同的驱动机制; 东亚夏季风对太阳辐射驱动的响应,还部分地依赖于季风强度的背景值。     

南海晚第四纪陆源沉积:粒度组成、动力控制及反映的东亚季风演化

对南海北部MD05-2904孔、西部MD05-2901孔、南部MD05-2897孔的有孔虫氧同位素进行测定,建立了高分辨率的年代地层。对3个孔的陆源碎屑组分的粒度分布进行了测定和主成分因子分析,结果发现,南海北部陆坡（南部陆坡）的陆源碎屑沉积特征主要受单一的因子Fn（Fs）控制,它可以控制62%（59%）的粒度变化特征。与Fn密切相关的粒度组分为1.52～2.92μm和11.8～27.4μm,与Fs相关的粒度组分为<2.42μm和6.76～14.30μm。南海西部陆坡获得两个主控因子Fw1和Fw2,分别控制46%和32%的粒度变化特征,与Fw1相关的粒度组分为1.26～2.66μm和10.8～14.3μm,与Fw2相关的粒度组分为4.24～7.42μm和30.1～43.7μm。对敏感粒级的变化序列进行分析发现,北部的Fn与海平面升降作用紧密相关,呈现冰期/间冰期旋回尺度的周期性。而南部的Fs呈现高频的岁差周期波动,可能与夏季风演化引起的源区风化、河流搬运等的变化有关。南海西部的陆源沉积物主要来自南海的西南和北部两个地区,分别由东亚夏季风和冬季风驱动的洋流搬运,Fw1和Fw2恰恰代表了这两种动力控制。因此,Fw1和Fw2控制的粒度组成变化间接指示了东亚夏季风和冬季风的演化。研究认为,晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化,呈现典型的岁差周期性,而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动,呈冰期/间冰期旋回尺度的波动,这反映了东亚季风演化的双重驱动机制。     

越南岸外晚第四纪上升流与东亚夏季风变迁

通过对南海西部越南岸外17954-3柱状样中浮游和底栖有孔虫的定量分析,结合碳酸钙、有机碳和稳定同位素数据,获得南海西部上升流区近20万年来的古海洋学记录,进而讨论了晚第四纪东亚夏季风的变迁。结果表明,在间冰期,尤其是末次间冰期,越南岸外出现表层海水古温度低、温跃层浅、生产力高,同时底层海水富营养的现象,说明上升流的存在,且该上升流有从氧同位素5期（MIS5期）向1期逐渐减弱的趋势。结合南海现代海流及生产力分布的研究,推断该上升流由东亚夏季风驱动,其强弱的变化说明,东亚夏季风在近20万年来有间冰期增强、冰期减弱,且从MIS5期向MIS1期递减的特征。     

全新世东亚夏季风演化的多尺度周期变化及其可能机制探讨

在全球变暖背景下,东亚夏季风发生极端变化所带来的大区域洪涝或干旱灾害的频率会增加,认识东亚夏季风的变化规律具有重要意义。本文利用已经发表的全新世东亚夏季风变化资料,使用集合经验模态分解（EEMD）、小波分析、频谱分析等手段,探讨全新世东亚夏季风多尺度演变周期及可能的驱动机制,取得以下认识：1）全新世东亚夏季风存在不同时间尺度的波动周期,即千年时间尺度上存在约2000年和4000年的周期波动;百年时间尺度上存在约200年、400年及约700年的周期波动;年代际时间尺度上,晚全新世出现约66年的显著周期。2）东亚夏季风在不同时间尺度上演变的主导驱动因子存在差异,即在约2000年波动周期上主要受控于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）大尺度变化的调控;百年时间尺度上与太阳活动密切相关,主要表现在约200年和700年的周期波动上;年代际时间尺度上,晚全新世东亚夏季风变化主要受控于大西洋多年代际震荡（AMO）调控。本研究可为进一步深入理解东亚夏季风变化的动力机制提供基础。

     

中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风的关系

利用中国1951~2010年652站年降水资料和7种东亚夏季风和1种冬季风指数,通过多项数学统计诊断分析,来研究中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风指数的关系。结果表明,这60年间全国总平均年降水量未呈现显著的时间变化趋势,但区域间的差异大。聚类分析可提供较客观的降水分区,据554站无缺测降水资料的聚类结果,将全国分成14个主要降水区,各区之间降水变化的差异显著。由7种夏季风指数与14个区的平均年降水量(1951~2010年)的相关系数可见,其中4种夏季风指数与14个区的年降水量之间没有显著相关,有3种指数只与14区中的2~3个区有显著负相关,它们并不能指示其他区域的或整个中国东部的降水变化。中国东部地区的夏季降水分布与东亚夏季风强度变化关系十分复杂,不能仅由降水的多少来认定夏季风的强弱,更不能用任意单个地点的降水记录来表示整个中国东部的干湿状况和夏季风的强度变化。     

猪野泽记录的季风边缘区全新世中期 气候环境演化历史*

通过季风边缘区石羊河古终端湖猪野泽QTL剖面年代学及沉积物粒度、碳酸盐、有机碳、碳氮比和有机质稳定同位素等多项气候代用指标的综合分析,建立了季风边缘区9~3cal.kaB.P. 的古气候演化序列。结果表明,9cal.kaB.P. 到7.8cal.kaB.P. 期间,流域的水分条件和温度逐渐上升,植被状况好转,此时气候逐渐转暖湿;而在7.8~7.5cal.kaB.P. 出现了显著的百年尺度的干旱事件,沉积物主要以砂质沉积为主,此时湖泊生产力显著下降;全新世期间最为暖湿的气候适宜期出现在7.5~5.0cal.kaB.P.;约5.0cal.kaB.P. 以来,该区域出现了较为明显的干旱化趋势。另外,对猪野泽地区的白碱湖的湖泊地貌学和年代学研究表明该区域在7.5~5.0cal.kaB.P. 出现了3次高湖面,并且湖岸堤时序变化指示了全新世后半期湖泊逐渐退缩的过程进而指示该区域出现了显著的干旱化趋势。