On Monsoon Precipitation Changes During the Medieval Warm Period and the Little Ice Age in Southeastern China

Periodic progresses have been made on monsoon precipitation changes during the past millennium in eastern China. However, trends of precipitation records reconstructed in the southern part of the region are inconsistent, especially for the relative humidity and dryness between the Medieval Warm Period and the Little Ice Age. In the present study, 17 published monsoon precipitation records, reconstructed from lake sediments, peat sediments, coastal muddy sediments and historical documents, for the past millennium from southeastern China were collected and compared. The results show that trends of various records are inconsistent. The inconsistencies could be partly attributed to age uncertainties and interpretation of the proxies; and the regional differences in precipitation changes might be another causation. To further explore the spatiotemporal patterns and driving mechanisms of monsoon precipitation during the past millennium in southeastern China, more records with accurate chronology and reliable proxies should be reconstructed.     

欧亚大陆中世纪暖期与小冰期温度变化的区域差异分析

根据集成多来源代用资料新建的欧洲过去1500年和亚洲过去1200年温度变化数据集,采用旋转经验正交函数分解方法将欧亚大陆划分为11个温度变化区;分析了各区在中世纪暖期和小冰期期间的显著温暖、寒冷时段和温度变幅以及中世纪暖期以来各区的百年最大升温速率。结果显示：1）在800~1350年间欧亚大陆各区均存在显著的温暖时段,但其起讫时间及暖峰出现年代和温暖程度却存在显著差异;其中欧洲、亚洲中部各区多始于9世纪前期,亚洲东部各区则多始于10世纪中前期,印度南部最迟（始于13世纪）,且多数区域曾被其间的多年代际转冷而分割为2~3个温暖时段;偏暖区域最多的时段为1001~1020年,11个区域中有9个显著偏暖;温暖程度最显著的区域出现在欧洲北部和亚洲中部及东亚东部,其暖峰的年代温度距平皆达相应区域20世纪最暖10年的一半以上。2）在1400~1900年间欧亚大陆各区均存在显著的寒冷时段,尽管其起讫年代也存在差异,但各区寒冷时段出现的时间较中世纪暖期更为同步,其中1581~1610年所有11个区均显著寒冷,1830s也有10个区域表现为气候寒冷。寒冷程度最显著的区域出现在欧洲西部、亚洲中部及东亚,其冷谷年代的温度皆比过去千年各区平均温度低1.5倍标准差以上。3）20世纪增暖在欧亚大陆的所有区域几乎同步,且多数区域现代暖期的百年最大升温速率高于此前至中世纪暖期。上述区域差异可能是因历史冷、暖期主要受太阳、火山活动和气候系统内部变率等自然因素驱动,而20世纪暖期则受人为导致的温室效应增强主控。然而,受代用资料对温度变化响应的时空敏感度不一和时空分布不均等影响,现有研究结果仍存在显著不确定性。

     

中世纪气候异常期和小冰期中国华北与北美西南部年代际干湿变化的关系

百年尺度冷、暖背景下不同区域年代际干湿变化的关系是历史气候变化领域的重大问题之一。本研究利用基于历史文献重建的中国华北干湿指数(Dry-wet index)和基于树轮年表重建的北美西南部帕默尔干旱指数(PDSI), 采用100年窗口的滑动相关分析, 计算了两地年代际干湿变化的相关关系, 对比了中世纪气候异常期(MCA)和小冰期(LIA)两地相关关系的差异, 并利用PMIP3和PMIP4共11个模式的过去千年气候变化模拟数据, 诊断了其成因。研究发现: 1)代用资料展示出MCA期间中国华北与北美西南部年代际干湿变化为正相关(r=0.32, p < 0.05), LIA期间则为负相关(r=-0.27, p < 0.05); 2)GISS-E2-R模式基本再现了代用资料揭示的工业革命前两地干湿变化相关关系的变化特征, 尤其是MCA和LIA的差异; 3)MCA期间, 中国华北与北美西南部年代际干湿变化正相关主要是因两地水汽条件同时匮乏所致, 这可能是源于负位相太平洋-北美(PNA)遥相关的影响; LIA期间, 中国华北与北美西南部年代际干湿变化负相关主要是因中国华北水汽匮乏, 而北美西南部水汽充沛所致, 这可能是源于负位相北太平洋涛动(NPO)遥相关的影响。上述结果为深入辨识百年尺度冷、暖背景下中国华北与北美西南部年代际干湿变化之间的关系提供了新证据, 为预估未来全球升温情景下中国或北美年代际干湿特征提供预警信号。

     

内陆湖泊流域的化学风化及气候变化—以内蒙古岱海为例

利用湖泊沉积物中Rb/Sr值来反映受古气候制约的流域陆地化学风化率的变化，并恢复了岱海近400a以来以小冰期为特征的、具有100a准周期（经谱分析）的气候波动历史。通过磁化率、粘土矿物含量和种类的综合分析，确证了湖泊沉积物Rb/Sr值的变化可以用来重建流域内化学风化率与其相应的古气候演化过程，是湖泊沉积记录中具有比磁化率更明显气候意义的有效代用指标。     

内蒙古岱海地区小冰期气候演化特征的地球化学记录

通过对地处气候敏感带的岱海湖泊岩芯介形类壳体丰度、Sr/Ca和Mg/Ca摩尔比值，以及自生碳酸盐氧同位素组成等地球化学指标的综合分析，结合岩芯的岩性特征和^210Pb、^14C测年，重建了岱海小冰期以来气候环境演化过程，揭示小冰期前期本区以冷湿气候为主，在中后期，气候寒冷干旱，间有气候转温和的冷湿、湿干气候。本区小冰期气温变化与华北其他地区具有一致性，但降水与气温组合状况复杂，反映了明显的区域特征，其原因可能是气候转型期经向环流加强，气旋活动加强所致。     

流域生物、化学风化对小冰期气候变化的响应

岱海近500年沉积物的孢粉，介形类和地球化学记录表现了流域生物，化学风化对全球性小冰期气候波动明显而快速的响应，孢粉量的下降，化学风化强度的减弱（高Rb/Sr比值）以及意外湖花介（Limnocythere inopinata)的繁盛反映了小冰期最盛期岱海地区以干旱为特征的气候环境及其造成的高矿化度湖水，其中，介形类丰度及种类对环境变化的反应最迅速，植被生长的调节则要缓慢一些，内陆湖泊流域植被的衰弱与干旱环境下化学风化强度的减弱以及风尘作用的加强是相辅相成的。     

长江下游升金湖沉积物记录的过去千年高分辨率气候环境变化

中国东部季风区气候格局具有强烈的时空差异,加强过去千年高分辨率气候变化历史重建及其机制研究对于深刻认识中国东部当今及未来气候变化趋势以及制定应对策略具有重要科学意义。本研究以长江中下游地区典型湖泊升金湖长度为86 cm的沉积岩芯为研究对象,在AMS ¹⁴C测年数据建立可靠年代框架的基础上,利用沉积物粒度、总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）和无机碳（IC）等指标高分辨率重建该流域过去千年以来的气候环境变化。研究结果表明：1）阶段Ⅰ（1000~1350 A.D.）,对应中世纪暖期,平均粒径相对较细,TOC、TN、C/N较低,说明湖泊水位总体较高,1100 A.D.后粒度粗粒成分增多和IC波动增长,表明流域气候逐渐向干旱化状态转变;2）阶段Ⅱ（1350~1600 A.D.）,进入小冰期前期,平均粒径和IC含量进一步降低,TOC、TN、C/N上升,指示湖泊水位持续升高,气候偏湿润;3）阶段Ⅲ（1600~1850 A.D.）,进入小冰期后期,平均粒径增大,表明湖泊流域降水减少,水位下降,流域内湿地植被发育从而使得TOC、C/N增大,IC也迅速增加,湖泊流域气候较为干旱;4）阶段Ⅳ（1850~2000 A.D.）,对应现代暖期,平均粒径下降,IC降低,湖泊水位再次上升,气候总体呈暖湿状态,TOC、TN、C/N受气候和人类活动共同影响而持续增长。区域重建结果对比表明,中世纪暖期和小冰期升金湖沉积物记录与长江中下游地区其他研究结果记录的干湿变化较为一致。进一步将升金湖记录与近千年来的东亚夏季风环流、ENSO以及太阳辐照度等记录进行对比分析发现,该地区过去千年以来的气候变化不仅受东亚夏季风变化控制,同时还受到ENSO状态及太阳辐照度变化等显著影响。在中世纪暖期和小冰期后期,以拉尼娜态为主,太阳辐照度较强,升金湖地区气候较为干旱;小冰期前期和现代暖期以厄尔尼诺态为主,升金湖地区气候较为湿润;现代暖期后,升金湖地区气候变化与太阳辐照度关系不明显,推测可能受人类活动影响更为强烈。

     

华北平原小冰期以来干湿变化与人类活动特征

气候变化尤其干湿变化对人类活动具有重要影响,高分辨率地重建过去的干湿变化是研究区域干湿变化的基础,同时也为未来气候变化提供依据。目前针对华北地区小冰期高分辨率的气候变化研究还较少,特别是干湿变化研究更少。本研究在3个AMS-¹⁴C测年的基础上,通过99个样品的孢粉、炭屑、粒度等指标高分辨率地重建了该地区小冰期以来的气候干湿变化特征及与人类活动强度的关系。结果表明：小冰期之前（约1340 A.D.）乔木花粉含量多在25%以上,指示流域植被以森林草地景观为主,沉积物颗粒较粗,沉积环境不稳定,气候较为湿润。小冰期期间（1340~1920 A.D.）乔木花粉多降低至15%以下,喜干的藜科、荨麻属和葎草属花粉含量明显增加,指示气候整体变干,但不同阶段变干程度又存在明显差异：小冰期早期（1340~1580 A.D.）孢粉组合中喜干的藜科花粉含量逐渐增加,湿生植物花粉含量减少,PCA axis 1得分值多在0~1之间,显示气候偏干。该时期与人类活动有关的炭屑浓度、农作物（禾本科≥35 μm）花粉和磷（P）含量均最低,说明小冰期早期研究区人类活动强度相对较弱;小冰期中期（1580~1800 A.D.）喜干的藜科、荨麻属和葎草属花粉含量达到最高值,PCA axis 1得分值较小冰期早期更正偏,指示气候更为干旱。炭屑浓度、伴人植物、磷（P）含量和农作物（禾本科≥35 μm）花粉均达最高值,指示人类活动强度明显增强;小冰期晚期（1800~1920 A.D.）湿生的禾本科和水生植物狐尾藻属等花粉含量达到最高值,PCA axis 1得分值负偏,指示气候变湿润。该阶段农作物（禾本科≥35 μm）花粉、炭屑浓度和磷（P）含量较上一时期均略有降低,表明人类活动强度较小冰期中期略有降低。小冰期以后（1920年至今）喜湿的禾本科和水生植物狐尾藻属花粉含量减少,与小冰期晚期相比,气候向着干旱化方向发展

     

小冰期时中国南方地区降水模式的差异研究

小冰期是过去一千年中全球气候变化的重要事件之一。关于小冰期时中国季风区和西风影响区气候变化的对比研究众多,但是缺乏中国南方地区降水模式时空差异的研究,难以了解中国南方地区降水变化规律。为了系统地了解小冰期时中国南方地区降水的复杂性,本文将中国南方地区划分为东南—华南沿海地区、中部地区以及西南地区三个区域,总共选取了19条高分辨率的古气候记录进行对比研究,主要有以下几点认识:(1)相对于中世纪暖期而言,小冰期期间中国南方东南—华南沿海地区的气候偏湿,这可能与雨带在中国南方的滞留时间延长和沿海地区受台风的影响增强有关。(2)中国中部地区秦岭南麓和神农架高山林区在小冰期时期主要呈"冷湿"的模式,差异在于秦岭南麓区域主要在小冰期中后期偏湿,这与中部其他区域偏"冷干"的模式不同。这种区域差异可能是由于地形地势和大气环流的复杂性导致。(3)中国西南地区受印度夏季风和东亚夏季风的共同影响,且该区域地形复杂,其气候变化在小冰期时期存在更加明显的空间差异,没有呈现出比较一致的降水模式。与小冰期期间的降水变化不同的是,近30年东南—华南沿海地区除了台湾和雷州半岛,其他区域降水明显减少,可能受气温和人类活动等因素的影响。通过结合高分辨率的古气候记录,我们系统分析了中国南方小冰期的干湿模式在时空上的差异及其可能的影响因子,这对于认识小冰期时中国南方不同区域降水的复杂性及未来旱涝灾害的防控具有一定意义。     

小冰期以来中国季风温冰川对全球变暖的响应

中国的季风温冰川主要分布在青藏高原东南部、冰川覆盖面积为 １３ ２０３．２ ｋｍ２,占我国冰川 总面积的２２．２％．由于这类冰川的特性、对气候变暖极为敏感自小冰期最盛时（１７世纪）以来,温冰 川区平均升温０．８℃,冰川面积减小相当现代面积的３０％,为３９２１．２ｋｍ２．预估中国季风湿冰川区 ２１００年的升温值２．１℃,届时冰川面积将减少７５％,达９９００ ｋｍ２左右,考虑到降水增加趋势等因 素,实际冰川退缩比例不大于８０％,但这已足以说明温冰川的大规模衰退．其后果将对当地水资源 和环境产生重大影响     

普若岗日冰原及其小冰期以来的冰川变化

普若岗日是藏北高原最大的由数个冰帽型冰川组合成的大冰原.冰川覆盖面积422.58km²,冰储量为52.5153km³.冰川雪线海拔5620～5860m.冰原呈辐射状向周围微切割的宽浅山谷溢出50多条长短不等的冰舌,最大的可伸至山麓地带,形成宽尾状冰舌.在一些下伸较低的冰舌段,形成有许多冰塔林,以雄伟壮观的连座冰塔林和雏形冰塔林为主.在东南部一些冰舌段雏形冰塔林的上部,分布着奇特的新月型雪冰丘和链状排列有序的雪冰丘.小冰期以来,普若岗日的冰川呈退缩趋势.环绕冰舌分布的冰碛序列,在北部和东南部普遍可区分出3道.对比研究认为,分别属于小冰期3次寒冷期冰进的遗迹.而西部小冰期冰川作用的范围较小.按小冰期最盛时的规模量测当时的冰川面积,和现在相比该时段内冰川面积减少了24.20km²,当时冰川面积比现在大57%.由此引起的冰川资源的减少为3.6583km³,相当于36.583×10⁸m³的水量.在普若岗日西侧,小冰期后期至20世纪70年代,冰川退缩了20m;70年代至90年代末,冰川退缩了40～50m;平均1.5～1.9m·a^-1;1999年9月至2000年10月,退缩4～5m.明显反映出逐渐加剧的变化趋势.和其它地区相比较,普若岗日冰原变化比较小,表现出比较稳定的状。     

祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究

根据航空摄影相片、地形图、遥感影像数据,分析了祁连山西段自小冰期至1990年的冰川变化,得出该地区在小冰期至1956年间冰川面积减小幅度为16.9%,冰川储量减少了14.1%;1956-1990年间冰川仍以退缩为主,此时段冰川面积和储量减小量占1956年时相应量的10.3%和9.3%.分析认为冰川退缩主要与1956-1966年时段气温偏高、降水偏少有关,而且该流域区对应于1956-1966年间强负物质平衡的冰川退缩可能出现于1960年代中期至1970年代中期.     

祁连山小冰期冰碛垄差分GPS测量及其地貌意义

小冰期冰碛垄形态特征受到众多因素的影响,采用后差分GPS测量方法对祁连山东段、中段共6条冰川的小冰期冰碛垄形态进行了实地测量与研究,其中3条冰川朝北,3条冰川朝南,得到了关于小冰期冰碛垄有关面积、表面积、体积等较详细的参数.结果表明:祁连山小冰期冰碛垄的规模具有从东到西逐渐减小的趋势,最东段冷龙岭7号冰川小冰期冰碛垄规模最大,面积为11.4×105m2,表面积为13.8×105m2,体积为11.8×107m3;规模最小的为最西边的团结峰3号冰川小冰期冰碛垄,其面积为1.9×105m2,表面积为2.67×105m2,体积为1.36×107m3.祁连山地区而言,区域气候差异很可能是造成小冰期冰碛垄规模差异的主要因素.     

华北平原东北部小冰期干湿变化特征及其驱动机制

小冰期作为距今最近的一次冷期,是研究寒冷事件对人类社会和自然环境影响的重要参照期,其气候总体偏冷已达成共识,但干湿变化存在明显的时间和区域差异。华北平原作为东亚季风系统控制的核心区,对气候变化响应十分敏感,由于受到研究材料、技术方法等因素限制,致使华北平原小冰期次一级干湿变化过程研究较少,且缺乏高分辨率的定量研究。本研究在6个AMS ¹⁴C定年的基础上,通过对秦皇岛七里海湖泊深度为245~62 cm的钻孔沉积物92个样品的孢粉分析,利用加权平均偏最小二乘回归法（WA-PLS）,高分辨率地定量重建了华北平原东北部1250~1610 A.D.的降水变化过程。结果显示：小冰期早期（1310~1450 A.D.）年降水量平均为565 mm,较中世纪温暖期降水减少约25 mm,气候变干,但程度较轻;小冰期中期（1450~1610 A.D.）降水量进一步降低,降至525 mm左右,最低可达410 mm,气候达到研究段最为干旱时期。分析认为,华北平原东北部地区小冰期冷干变化过程可能受太阳辐射量、火山活动和太平洋年代际振荡（PDO）的共同驱动。

     

敦德冰芯中微粒含量与沙尘暴及气候的关系

在敦德冰芯不同粒径（＞２．０ｕｍ,２．０～２５ｕｍ,＞５．０４ｕｍ）的微粒数据处理基础上,进行了微粒的变化特征以及微粒所揭示的气候信息分析,并将其与小冰期以来的气候变化记录进行了对比．结果表明,微粒含量变化与极地微粒研究所得的结论基本一致,即微粒含量高时,气候多为冷干;微粒含量低时,气候多为暖湿微粒变化异常于这一规律时,多为尘暴发生之时微粒含量的多少与当地的大风强度、地形、尘暴的规模、频率和强度有关     

Medieval Warming, Little Ice Age, and European impact on the environment during the last millennium in the lower Hudson Valley, New York, USA

Establishing natural climate variability becomes particularly important in large urban areas in anticipation of droughts. We present a well-dated bi-decadal record of vegetation, climate, land use, and fire frequency from a tidal marsh in the Hudson River Estuary. The classic Medieval Warm Period is evident through striking increases in charcoal and Pinus dominance from 800–1300 A.D., paralleling paleorecords southward along the Atlantic seaboard. Higher inputs of inorganic sediment during this interval suggest increased watershed erosion during drought conditions. The presence of the Little Ice Age ensues with increases in Picea and Tsuga, coupled with increasing organic percentages due to cooler, moister conditions. European impact is manifested by a decline in arboreal pollen due to land clearance, increased weedy plant cover (i.e., Ambrosia, Plantago, and Rumex), and an increase in inorganic particles to the watershed.     

Droughts in the desert: Medieval Warm Period associated with coarse sediment layers in the Gulf of Aqaba-Eilat,Red Sea

Prolonged droughts can cause environmental stress, even in ecosystems that are already adapted to dry conditions. In these areas life greatly depends on rare, sporadic rainfall events that can produce flash floods. Today, urban expansion, population growth and development are occurring worldwide, including along hyperarid coastlines, an ecological zone on the extreme of habitability. In such places, the absence of the already limited precipitation can lead to long-lasting damage, and recognizing drought conditions in the past is useful for planning. Recognizing droughts, however, is challenging because they are not known as depositional events, and therefore may be under-recognized in the sedimentological record. Floods in these hyperarid deserts carry eroded sediments and deposit them in either terrestrial or marine terminal basins. In the hyperarid (ca 30 mm rain per year) desert surrounding the northern Gulf of Aqaba-Eilat some flash floods reach the sea and deposit alluvial sediments (mostly silt and clay) on the shelf. Following a recent 17 year drought period (1995 to 2012) a coarser surface layer was recognized offshore the outlet of an ephemeral river, despite the lack of incoming flood material. This coarsened layer resulted from a prolonged period wherein mixing and winnowing of fine particles at the surface was not interrupted by recurrent flash floods. In the bottom of two sediment cores collected from the same shelf, a similarly coarsened layer was observed. The terminal level of this deep coarse layer was dated to ca 660 yr bp , corresponding with the end of the Medieval Warm Period (ca 1350 ad ). These findings suggest that the medieval anomaly resulted in a prolonged drought period in this already arid region. These results present a new interpretation of grain-size distribution records that provides a means to reconstruct drought histories in hyperarid regions globally.     

《云山日记》记录的太湖流域1308~1309年寒冬

古代私人笔记和日记是用于气候变化研究的重要历史资料。根据元人郭畀《云山日记》记载的1308~1309年的逐日天气记录、物候记录,发现该年冬季太湖流域地区异常偏冷,至少可以识别出4次明显的寒潮过程。1309年1月江南运河丹阳段封冻3日,镇江地区的最低气温可能达-13℃以下;1309年2月常州-镇江地区连续降雪8天,积雪10天,积雪深度可掩埋道路。此外,日记中记载的柑橘分布范围与13世纪中叶相比已明显南移。据此,可以认为至少在14世纪初气候已经开始向寒冷方向转变,体现了由中世纪暖期向明清小冰期的过渡过程。

     

The Medieval Warm Period and the Little Ice Age from a sediment record of Lake Ebinur,northwest China

Ma, L., Wu, J., Yu, H., Zeng, H. & Abuduwaili, J. 2011: The Medieval Warm Period and the Little Ice Age from a sediment record of Lake Ebinur, northwest China. Boreas, Vol. 40, pp. 518–524. 10.1111/j.1502‐3885.2010.00200.x. ISSN 0300‐9483. Lake Ebinur, Xinjiang, northwest China, is a closed‐basin, shallow lake that responds rapidly to changes in the ratio of precipitation to evaporation (P/E). A sediment record spanning the last 1500 years was obtained from the lake. We used δ¹⁸O and δ¹³C in bulk carbonate, and δ¹³C of organic matter in the lake sediments to infer environmental changes in the Ebinur region during the Medieval Warm Period (MWP) and the Little Ice Age (LIA). Decreased δ¹⁸O values of carbonate largely reflect an enhanced P/E ratio within the basin and a higher lake level. Bulk carbonates with higher δ¹³C values are deposited during periods when lake‐water pH is high, while lower δ¹³C values reflect a lower pH in the water column. δ¹³C in organic matter is associated with the amount of precipitation. The results indicate that the Ebinur region experienced a dry MWP and a wet LIA, although the MWP and LIA were warm and cold periods, respectively, as expected. Furthermore, the MWP and LIA were hydrologically complex and cannot be characterized as uniformly wet or dry. Peak wet periods are recorded in the sediment core around AD 1000, 1400 and 1700, and a dry event also occurred in the period of temperature change within the LIA (cold to warm around AD 1500). A comparison of the Lake Ebinur data with proxy records for the strength of the Siberian High and climate proxy indicators suggests that precipitation in the Ebinur region was a consequence, in part, of an enhanced Siberian High during the LIA.     

唐古拉山东段布加岗日地区小冰期以来的冰川变化研究

对唐古拉山东段布加岗日地区小冰期以来的冰川变化资料进行了分析,结果表明,该地区小冰期最盛时(即15世纪)冰川总面积和总储量分别为241.46km²和19.6282km³,目前其面积和储量分别已减少了23.7%和15.1%,并且自小冰期以来有184条长度大约为0.6km的小冰川已消失.该地区各冰川面积和储量的绝对变化量随着冰川规模的增大而增大,而其相对变化百分数却是随着冰川规模的增大而减小.不同方位冰川小冰期以来的平均面积萎缩量、平均末端退缩量和平均末端高程上升量均表明,南坡冰川变化的绝对量比北坡的大.这说明在同一气候变化背景下,该地区南坡冰川对于气候变化的响应比北坡冰川敏感.小冰期以来该地区冰川雪线上升了约90m,这大致相当于气温上升约0.6℃.