青藏高原兹格塘错沉积物粒度组成及其环境记录的研究 *

兹格塘错是位于藏北高原腹地的一个封闭型湖泊,对其沉积物的粒度组成、粒度参数等粒度特征进行分析,揭示了湖面水位变化,水动力、风动力搬运强度等。并结合其他环境代用指标进行比较,探讨环境变化,揭示了兹格塘错区域全新世初期气候湿润、中期气候偏干、晚期干湿交替的气候变化特征。粒度参数所反映出的湖面波动与环境变化得到了其他环境代用指标较好的支持。     

青藏高原中部兹格塘错1970年来的湖面变化及原因初探

通过对位于青藏高原中部受人类活动影响微弱的兹格塘错1970-2006年湖面变化的分析,探讨了湖泊对气候变化的响应.从1970年的地形图,1977年MSS影像,1992年TM影像和2001年ETM+影像中提取的湖泊面积显示,湖泊有逐渐增大的趋势.1999年8月和2006年9月水深2 m处湖水中稳定离子K+和Cl-的浓度对比表明,湖水体积在这期间是增大的.近年来湖面持续上涨也得到了1998年8月,2002年8月和2006年9月野外实地考察的证实.通过分析兹格塘错附近那曲、班戈、安多气象站的记录发现,该区温度自1965年来呈明显上升趋势,表现在夏季(5-10月)和冬季(11月到次年4月)温度均有明显增高,冬季温度增幅更大.该区1965年来降水量也有增加的趋势,表现在夏季和冬季降水均有增加,但是夏季降水量增加幅度更明显.结合青藏高原1970年来最大蒸散和干燥度的变化,夏季和冬季降水量增加而蒸发量下降是导致兹格塘错湖面增大、湖水水位增高的主要原因.     

青藏高原全新世气候环境变化的冰川、冰缘和湖泊沉积记录

全新世是地球历史上最新的一个间冰期,历时已有一万余年。期间,伴随着气候与环境的快速变化,人类文明也呈现出快速的演化,当前全球气候变暖导致人类生存环境的急剧变化已引起全球各国政府和科学家的广泛而深刻的关注和研究。然而,全新世期间曾多次出现气候波动阶段,对全新世这一间冰期气候与环境变化过程和机制的研究就有着十分重要的意义,可为现代气候变暖及其影响提供科学借鉴。地处中低纬度的青藏高原这一高耸的巨大地块,堪称"地球第三极",是一个集冰川、多年冻土、湖泊同时共存的特殊区域,受人类活动直接影响较弱,其冰川进退变化、多年冻土形成与消融、湖泊扩张与萎缩的变化过程则敏感地记录着气候与环境的自然变化。在多年对青藏高原冰川、冰缘和湖泊沉积与地貌的考察研究资料基础上,把冰川进退、冰缘地貌的发育和湖泊连续沉积的记录进行综合分析、相互对比印证,指出青藏高原全新世间冰期气候与环境变化的不稳定性,期间明显存在着千年和百年的波动变化,在距今8000～8500年、6000～5500年、4000～4500年左右、3000～2000年左右以及600～100年都存在明显的冷期。因此,在青藏高原,全新世气候存在着较大幅度的波动,从冰川前进幅度所需零平衡线下降值和多年冻土下界下降幅度来大致估算,温度的波动幅度至少也在3.5～5.0℃左右,甚至更大。     

青藏高原气候演变的湖相沉积有机地球化学记录——以兹格塘错为例

为探究青藏高原全新世夏季风最强、气候最湿润阶段这一争论议题,本文应用气相色谱仪(GC-FID)和气相色谱-高温热转变-同位素比值质谱仪(GC-TC-IRMS),分析了兹格塘错沉积岩心正构烷烃及其氢同位素特征。结果表明,兹格塘错岩心中主要以n-C15/16/17为主峰碳的短链正构烷烃占据主导地位,指示了湖泊自生浮游藻类与菌类等低等生物对湖泊沉积岩心中的有机质贡献高于大型水生植物和陆生高等植物表皮蜡质所产生的有机质。基于正构烷烃参数(如:碳优势指数CPI值和平均碳链长度ACL值)及单体氢同位素比值在时间序列上的变化特征,指出兹格塘错流域的气候湿润期处于中全新世(5.8~2.7 cal ka BP),明显滞后于早全新世的太阳辐射最强期,这主要归结于该流域冰川融水补给的匮乏及局地环流的影响。     

北疆地区早全新世环境演化的湖泊沉积记录

通过对北疆地区艾比湖沉积物的孢粉组合及其碳酸盐δ^18O,δ^13C,δ^13Corg，TOC，TON和Rb/Sr比等地球化学指标分析，重点对全新世早期气候环境演化特征进行了研究。结果表明，研究时段（8.0-11.cal ka B.P.)温度总体偏低，初期（11.5-10.6cal ka B.P.)较为温湿；早全新世向中全新世转换时期（8.9-8.0cal ka B.P.)气候波动显著。特别是3层泥炭沉积显示了艾比湖地区早全新世气候的强烈不稳定性。泥炭的发育程度及其同位素、孢粉分析数据等都显示，8.2cal ka B.P.,8.6cal ka B.P.,10.5cal ka B.P.的气候状况具有显著的冷湿特征，反映了早全新世的3次冷湿事件。     

全新世青藏高原及周边典型湖泊演化模拟

湖泊在区域水循环和生态系统演化中起着重要作用。在以往的湖泊演化研究中多利用湖泊沉积物代用指标重建湖泊与气候变化过程,缺乏对湖泊水循环特征的定量研究。基于瞬态气候演变模型、特征时段流域和湖泊水量,以及能量平衡模型,对青藏高原及周边6个典型湖泊进行了水量平衡计算和湖泊演化模拟。结果表明：小柴达木湖和罗布泊全新世期间降水和蒸发的变率较小;色林错和纳木错早中全新世降水和蒸发的变率较大,主要受控于温度和净辐射变化;青海湖和猪野泽早中和中晚全新世降水和蒸发变率接近。系统分析了全新世期间青藏高原不同气候区湖泊水循环要素演化过程,有助于理解该区湖泊演化的古气候学机理。     

我国季风边缘区湖泊沉积记录的全新世亚洲夏季风衰退事件

亚洲夏季风是全球季风系统的重要组成部分,亚洲夏季风的变化对其控制区域自然生态系统的多样性和生态平衡,以及社会经济发展有重要的影响。本文选择位于现代亚洲夏季风边缘区对季风变化响应敏感的湖泊达连海为研究对象,基于陆生植物残体和全有机质的AMS ¹⁴C定年建立了钻孔顶部24.6 m沉积物的年代框架,利用粒度指标重建了全新世研究区水文变化过程以及亚洲夏季风衰退事件序列。结果显示,沉积物中存在数层砂层,代表了湖泊低水位时期,进而指示了亚洲夏季风衰退事件。这些事件处在11.6~11.3 cal.ka B.P.、10.4~9.5 cal.ka B.P.、6.4~6.0 cal.ka B.P.、4.6~4.4 cal.ka B.P.、3.7~3.4 cal.ka B.P.、3.1~2.9 cal.ka B.P.以及2.0~0.9 cal.ka B.P.,可以发现中晚全新世以来亚洲夏季风衰退事件发生的频率显著增加。进一步与北半球高纬地区与低纬地区的气候突变事件记录对比显示,全新世百年-千年时间尺度上亚洲夏季风强度的变化与低纬ENSO活动存在密切的联系。

     

长江下游南漪湖沉积记录的全新世以来温度变化

了解全新世的温度变化能为理解目前日益突出的全球变暖、评估未来全球气候变化给出重要的参考。在这项研究中,基于长江下游南漪湖沉积岩芯深度为0~450cm中161个样品的brGDGTs代用指标,对过去12.0ka的大气温度进行重建,以进一步深化对全新世温度变化的理解。发现湖泊周边土壤与湖泊沉积物brGDGTs分子组成存在显著差异：土壤以brGDGTs-Ⅰ系列为主,占到总比重的80%以上,计算得的MBT'_5ME平均值为0.81;湖泊表层和柱状沉积物的brGDGTs分子组成更相似,其brGDGT-Ⅰ和brGDGT-Ⅱ分别为43%、48%和62%、35%,对应的MBT'_5ME平均值分别为0.44和0.62,因此认为湖泊沉积物brGDGTs主要为自生来源,进而选用基于MBT'_5ME的湖泊温度经验计算式进行古温度的重建。重建的南漪湖年均大气温度自12.0 ka B.P.以来变化范围为13.8~22.4℃,根据变化趋势,可以分为4个阶段：①阶段,早全新世（约12.0~8.2 ka B.P.）,温度变化范围为15.1~20.6℃,属低温阶段;②阶段,中全新世（约8.2~6.0 ka B.P.）,温度为16.8~20.0℃,为稳定高温阶段;③阶段,中晚全新世（约6.0~3.0 ka B.P.）,温度为13.8~19.4℃,快速降温阶段;④阶段,晚全新世（约3.0 ka B.P.以来）,温度在17.4~22.4℃,快速升温阶段。通过对比其他古气候记录,可以得到以下结论：长江下游地区在约12.0~8.2 ka B.P.时期温度变化主要受高纬度冰川残留的影响,为低温时期;在约8.2~6.0 ka B.P.时期的温度变化主要受到较强的太阳辐射量控制,属稳定高温期,对应全新世大暖期;约6.0 ka B.P.后,温度受到6.0~3.0 ka B.P.中低纬度冷事件以及上升温室气体辐射强迫共同影响,呈现先降后升的"V"型变化趋势。本研究表明长江下游地区自12.0 ka B.P.以来温度变化主要受全球温度变化控制,自晚全新世以来温室气体辐射强迫是影响其温度变化的主要因素。

     

青藏高原兹格塘错流域50年来湖泊水量对气候变化响应的模拟研究

运用数值模拟建立青藏高原兹格塘错流域土壤、植被、气候等的空间和属性数据库;接着,借助分布式流域尺度水文模型（SWAT模型）,对兹格塘错1956—2006年间的流量进行模拟实验;最后,反演50年来兹格塘错流域水文过程,测试流域温度、降水和蒸发组合的敏感因子对湖泊水量变化的效应,探讨50年来湖泊水量对气候变化的响应。模拟实验的边界条件设置为自然地形、土壤、植被覆盖,其中土壤资料包括有机质含量、粒径等理化参数。模拟结果表明：兹格塘错的年平均流量为6.3m3/s,流量高峰集中在8月至10月,并且由于融雪补给的关系,3月出现另一个流量高峰;模拟结果与遥感解译所得到的结果吻合较好。敏感实验表明：兹格塘错流域内温度、降水和蒸发组合的敏感因子实验具有高原特征,即高原湖泊的水文过程和湖泊流量变化有着较为敏感的响应关系;兹格塘错流量受降水的影响最大,随着降水的增加,流量有所增加;在温度升高的情况下,流域蒸发量增加速度大,兹格塘错流量增加的效应不明显,而在冷湿模式下,流域蒸发量降低,兹格塘错流量增加显著。     

滇西北格贡错那卡湖沉积记录揭示的晚全新世气候变化

云南省西北部高山湖泊格贡错那卡湖（海拔4214 m）地处西南季风区,对气候变化十分敏感。文章以在格贡错那卡湖湖心钻取的1.84 m长的沉积岩芯为研究对象,对粒度、磁化率和总有机碳（TOC）含量等环境指标进行了高分辨率的分析,在精确测年的基础上（²¹⁰Pb测年结合陆生植物残体的AMS ¹⁴C测年建立年代序列）,重建了研究区距今约3570年来的气候与环境变化。结果表明,格贡错那卡湖所在地区近3570年来的气候与环境变化经历了5个较明显的演化阶段：1）在3570~3490 cal.a B.P.期间,气候明显降温、减湿;2）3490~1710 cal.a B.P.期间,气候总体偏冷、较干,其中3490~2860 cal.a B.P.期间气候处于较稳定的最冷干时期,随后在2860~1710 cal.a B.P.期间气候波动地有所增温、增湿;3）1710~930 cal.a B.P.（即240~1020A.D.）期间,为较稳定的暖湿期,年均温较高,温差较小;4）930~80 cal.a B.P.（即1020~1870A.D.）期间,气候总体偏冷较湿,但存在多次短暂变暖;降水总量或冰雪融水可能有所减少,但降水强度或冰雪融水强度变化较大;5）自80 cal.a B.P.（即1870 A.D.）以来,温度明显增加,可能是过去3570年以来温度最高的时期;降水有所减少,气候总体为暖偏湿。该气候特征与相邻地区泸沽湖的乔木花粉含量反映的气候变化非常一致,揭示了研究区气候变化的区域性。

     

青藏高原中部当穹错末次冰消期以来湖面变化研究

青藏高原是西风与季风相互作用的关键区域,高原上的湖泊水位对气候变化响应极为敏感。本研究利用光释光测年方法对青藏高原中部当穹错东北岸高出现代湖面235 m的一个湖相沉积剖面（DQ）进行了测年,丰富了全新世当穹错湖泊演化的年代数据,并对前人重建的该湖末次冰消期以来的水位波动曲线进行了修订。之后结合TraCE-21 ka古气候模型模拟的当穹错-当惹雍错-许如错湖区古降水和古温度变化,分析了当穹错末次冰消期以来湖泊水位变化的原因。研究结果显示：当穹错湖泊水位在末次冰消期和早全新世（15.4~7.8 ka）期间比现在高235 m以上（高于DQ剖面）,7.8 ka之后湖泊水位下降到该剖面以下,全新世期间最高水位出现在8.8~8.2 ka期间,此时湖泊面积可达2154.71 km²。TraCE-21 ka模拟的年降水量在15 ka左右突然增加,自8 ka开始逐渐减少。模拟的降水变化与湖泊水位波动过程几乎同步,因此印度季风加强所导致的降水增加可能是当穹错末次冰消期和早全新世出现高湖面的主要原因。

     

青藏高原腹地班德湖记录的全新世夏季风变化与流域环境响应

青藏高原作为地球"第三极", 对全球气候变化响应敏感。在季风与西风协同作用下, 青藏高原在过去数千年中的年代际、百年时间尺度上存在南北相反的气候变化格局; 但受限于青藏高原腹地缺少年代可靠的全新世高分辨率气候记录, 千年时间尺度高原南北气候变化模态异同仍不明晰, 更无从得知高原腹地湖泊及其流域的生态环境对气候变化的响应过程。本研究聚焦高原腹地沱沱河上游的开放湖泊班德湖(34.239°N, 92.099°E; 4583m a.s.l), 基于长115cm的BDH19A沉积物岩芯的植物残体AMS 14C年代建立了可靠的年代框架, 通过粒度、元素、矿物、自生碳酸盐及其碳、氧同位素、有机质含量和正构烷烃等多指标, 重建了过去10ka以来青藏高原中部的气候变化与生态环境响应过程。结果显示, 青藏高原腹地在全新世以来表现出北半球夏季太阳辐射控制下夏季风降水逐渐减少的季风模式, 导致流域和湖泊生产力持续降低, 区域风沙活动整体增强。在千年时间尺度上, 10~8.7ka高原中部夏季风降水量最大, 加之可能由于植物覆盖度较高, 流域径流侵蚀减弱, 风沙活动减少; 7.7~5.2ka和4~2ka夏季风降水维持高值, 入湖径流增加, 促进流域和湖泊生物生产力提高, 风沙活动受到抑制; 相反, 8.7~7.7ka、5.2~4ka和2ka以来高原中部风沙活动的加剧是对亚洲夏季风快速衰退的响应, 当前班德湖流域风沙环境是过去2ka干旱风沙环境的延续与加剧。     

Holocene evolution of the Indian Summer Monsoon inferred from a lacustrine record of Lake Wuxu,south‐east Tibetan Plateau

A continuous sediment record since 12.3 cal ka bp from Lake Wuxu (south‐eastern Tibetan Plateau) was investigated in terms of the Holocene evolution of the Indian Summer Monsoon. The molar C/N ratio and stable C isotope were used to identify the source of the organic matter as well as climate conditions. The evolution of Lake Wuxu was summarized wihtin two periods. During the first period (early to mid‐Holocene), the lake received increased fluvially transported materials, reflecting variation in the summer monsoon with solar insolation. The lake level declined and water residence time increased because of reduced river discharge during the second period (late Holocene) corresponding to a weakening of the summer monsoon. The organic material revealed a major contribution from lake primary productivity, which showed identical patterns with a high‐resolution isotope record from Dongge Cave, as well as total solar irradiance. Our record from Lake Wuxu indicates that the Holocene evolution of the Indian Summer Monsoon has been driven by the solar forcing at decadal/centennial to millennial time scales. Furthermore, an abrupt decline in the monsoon was detected at around 4.0 cal ka bp , which is probably caused by an increased frequency of EI Nino‐Southern Oscillation events. Copyright © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.     

季风与西风对青藏高原全新世气候变化的影响:同位素证据

青藏高原气候变化在冰期-间冰期、千年、十年际和季节尺度上受亚洲季风和西风环流的交互影响,表现出显著的区域性特征。然而全新世以来青藏高原气候变化的机制还不甚清楚,主要原因之一是缺少指示意义明确的古气候代用指标。课题组近年来利用叶蜡氢同位素(δDwax)重建了高原东北部的青海湖、中北部的令戈错、中部的达则错、西部的班公错和阿翁错不同时间尺度的大气降水同位素记录,本文对上述工作进行总结,并结合青藏高原全新世以来已发表的其他地点的同位素和古水文记录,揭示全新世以来季风与西风对青藏高原不同区域气候变化的影响。结果表明:1)早全新世青海湖、令戈错、班公错和阿翁错4个湖泊均主要受夏季风影响,夏季风可以影响到青藏高原的大部分地区,此时夏季风在青藏高原的最北界限可能位于青海湖以北、克鲁克湖以南。2)中全新世青海湖、班公错和阿翁错受夏季风影响逐渐减弱;然而令戈错在7.0~4.5 ka水汽主要来源于西风环流。3)晚全新世青海湖和班公错受季风的影响进一步减弱;西风在3.5~1.7 ka和2.0~1.0 ka分别影响到高原中部的令戈错和达则错;晚全新世阿翁错受冰川融水补给影响降水同位素异常偏负。4)本研究表明在中晚全新世季风较弱的时期,西风能够深入到青藏高原内部地区,给高原内部地区带来冷湿的水汽。     

Lateglacial and Holocene variation in aeolian sediment flux over the northeastern Tibetan Plateau recorded by laminated sediments of a saline meromictic lake

Predominantly laminated lake sediments from a saline closed‐basin lake on the northeastern Tibetan Plateau were investigated using a multi‐proxy approach (¹⁴C‐accelerator mass spectrometry dating, smear‐slide analysis, loss on ignition, grain size, X‐ray diffraction, elemental concentration, ostracod assemblages, stable isotopes of ostracod shells) to trace the regional environmental and climatic history in the Lateglacial and Holocene. Before about 15 cal. ka BP, small saline water bodies probably filled the basin under unstable cold and harsh environmental conditions. Soon after about 14.9 cal. ka BP, a relatively deep saline lake was established, probably as a result of runoff from melting snow, ice and frozen ground in the lake's catchment. Large changes in flux of aeolian material to the lake were recorded during this initial period of formation of Lake Kuhai. Highest lake levels, a low sediment accumulation rate and less saline conditions were maintained between about 12.8 and 7.1 cal. ka BP when the aeolian influx diminished significantly. After about 7.1 cal. ka BP, the aeolian influx remained at a moderate level apart from a strongly increased dust delivery to the lake between about 6.1 and 5.4 cal. ka BP and a minor short‐lived period of slightly enhanced aeolian influx at about 2.7 cal. ka BP. The strongly enhanced dust input to the lake between 6.1 and 5.4 cal. ka BP represented the largest influx of aeolian material to Lake Kuhai during the entire Holocene. However, evidence for climatic deterioration during this period is not seen at most other palaeoclimate sites on the Tibetan Plateau, but instead a significant increase in aridity has been recorded at numerous sites in the northern foreland of the Tibetan Plateau and on the Chinese Loess Plateau. The large dust input to Lake Kuhai between 6.1 and 5.4 cal. ka BP probably did not result from a severe climate deterioration on the Tibetan Plateau itself, but from the pronounced aridity in its northern and eastern foreland. In contrast, the increase in dust influx about 2.7 cal. ka BP seems to correspond to a brief warming spell recorded at other sites on the Tibetan Plateau too. A slight increase in lake level and decrease in salinity after about 0.6 cal. ka BP suggests a slightly higher effective moisture during the final lake stage, accompanied by a somewhat larger dust influx. This apparent contradiction possibly results from enhanced human activities on the northeastern Tibetan Plateau during the last 600 years. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Geomorphic and chronometric evidence for high lake level history in Gahai Lake and Toson Lake of north‐eastern Qaidam Basin,north‐eastern Qinghai–Tibetan Plateau

Palaeoshorelines, highstand lacustrine sediments and lakeshore terraces are preserved around saline lakes in the arid Qaidam Basin. Previous research indicates that the chronology of a mega‐paleolake in the Qaidam Basin during the late Pleisotocene is controversial. Here we report quartz optically stimulated luminescence (OSL) age estimates of highstand lacustrine sediments, shoreline features and geomorphic exposures that contribute to a revision of the lake level history of Gahai and Toson lakes in the north‐eastern Qaidam Basin, on the northeastern Qinghai–Tibetan Plateau (QTP) margin. The results imply that: (i) high lake levels at Gahai and Toson lakes based on quartz OSL dating occurred at 85–72, 63–55, 31, 5.4 and 0.9–0.7 ka, probably corresponding to periods of warm and wet climate; (ii) periods of high lake levels are almost synchronous with other lakes on the QTP (e.g. Qinghai and Namco lakes), with the highest late Pleistocene levels occurring during Marine Oxygen Isotope Stage 5; and (iii) highstand phases on the QTP are out of phase with those of low‐latitude lakes in the southern hemisphere, possibly driven by solar insolation variability in the low‐latitude region. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

青藏高原中部湖泊岩芯记录的第四纪湖平面变化及气候意义

通过对羌塘地区中部羌D1井长181·6m第四系岩芯的研究,分析湖泊沉积记录的岩相旋回和Fe/Mn和Sr/Ba等微量元素古环境参数的变化,结合样品的热释光(TL)测年数据,讨论晚更新世该区湖泊扩张和湖面升降变化过程。结果表明,晚更新世以来该区湖泊环境的演化,经历了二次湖进过程,二次湖平面上升期之间出现了一次广泛的干化低水位时期。其中15~7万年期间的湖泛事件可以在区域上进行追踪对比,它对应于深海氧同位素的第5阶段,可以作为高原中央气候转型期的标志。