黄土高原中部450ka以来植被演化的有机碳同位素与分子化石记录

黄土高原地质历史时期不同时间尺度上的植被演化规律与气候环境影响因素,以及植被替代性指标的解译等问题还值得进一步研究.本工作拟通过对灵台黄土剖面450ka以来黄土-古土壤样品总有机碳同位素(δ~(13)CTOC)和正构烷烃含量组合参数如C31/C27进行综合对比研究,从而为明晰这些问题提供一些新的讨论和证据.结果表明,450ka以来黄土高原中部C_3、C_4植物混生,以C_3植物为主;按生活型则草本、木本混生,以草本植物为主.在黄土高原气候较温暖湿润的MIS9(S3时期),MIS5(S1时期)阶段,可能出现过C_3木本植物的短暂增多,但总体上不存在大面积的森林.在阶段性变化上,黄土高原130ka以来草本植物总体增多,可能与区域性气候干旱化有关.在轨道尺度上,全新世较末次冰期,MIS11(S4时期)较MIS12(L5时期)C_3草本植物减少;在其他几个冰期旋回,间冰期较相应冰期C_3草本植物增多.植被替代性指标与建群种蒿属孢粉量的变化吻合较好,其变化可能与冰期旋回上水热配置有关.MIS1(S0时期)与MIS11(S4时期)气候相似,但全新世时期松属乔木的大量增多,暗示了人类活动和生态因子火活动的影响.     

末次盛冰期以来江西大湖孢粉植被与环境演变

根据江西定南大湖深346 cm泥炭剖面, 16个¹⁴C年龄和76个孢粉样, 重建中国华南南岭山地末次盛冰期以来的植被与气候历史: 大约18330~15630 cal a BP, 景观是落叶阔叶林, 气候温凉偏湿; 15630~11600 cal a BP, 孢粉植被是有常绿阔叶树的落叶阔叶林, 气候温和湿润; 11600~6000 cal a BP, 孢粉植被演替为栲/石栎为建群种的常绿阔叶林, 气候温暖湿润; 而6000 cal a BP以来植被中森林面积减少, 气候温暖偏干, 蕨类植物和草本植物增加, 可能有人类活动的影响. 从孢粉序列中识别到的系列凉干事件, 大致可与北大西洋H1及全新世千年尺度事件对应, 说明低纬地区与高纬地区气候变化密切相关. 与中国高纬地区的季风气候事件对比, 大湖地区气候事件温度、湿度的变幅远低于中国北方内陆地区. 季风气候地域差异性较大.     

末次冰期以来雷州半岛北部C3/C4植物相对丰度变化及其驱动因素

末次冰期以来陆地植被中C₃/C₄植物相对丰度变化及其驱动因素是当前古生态古气候研究中的重要内容.本文利用雷州半岛北部下录和屋山两处泥炭沉积有机碳同位素组成(δ¹³C_org)重建了该区域末次冰期以来C₃/C₄植物相对丰度演化历史,并探讨了其可能的驱动因素.结果表明,在MIS-3阶段初期,屋山地区的植被以C₃和C₄混合植被为主,在此后的MIS-3阶段绝大部分时期,下录和屋山地区的植被主要为C₃植被,在个别时段C₄植物也曾一度有所扩张;在MIS-2阶段,下录地区C₃植物含量显著降低,区域植被以C₄植物为主;在全新世初期,下录地区的C₃植物含量呈现出增加趋势,气候环境变得有利于C₃植物生长.对比研究表明,由于在末次冰期乃至冰期最盛期阶段,雷州半岛地区的气温下降幅度可能仅在5~8℃左右,温度足以满足C₃/C₄植物的生长需要,从而使得受东亚夏季风强度直接影响的降水增多或减少成为控制本区域C₃/C₄植物相对丰度变化的主导因素.此外,大气CO₂浓度可能对该地区C₃/C₄植物相对丰度变化也具有一定的影响.     

青藏高原东部若尔盖盆地全新世泥炭地发育和植被变化

泥炭沉积物和泥炭地演化过程可以提供植被和气候变化历史的丰富信息.为了重建青藏高原东部全新世泥炭地发育、植被和气候变化,我们对若尔盖盆地一支泥炭岩芯进行了高分辨率的孢粉、烧失量和碳沉积速率分析.研究结果显示,当地泥炭发育起始于距今10.3ka,在早、中全新世繁盛,之后开始退化.若尔盖盆地全新世植被以高山草甸为主,周边山地针叶林在10.5~4.6ka曾数次扩张,之后迅速退缩.泥炭性质、孢粉组合主成分分析等揭示了研究区10~5.5ka气候温暖湿润,晚全新世气候相对冷干.其中,10.2~10、9.7~9.5、8.7~8.5、7.7~7.4、6.4~6、5.5~5.2、4.8~4.5、4~3.6、3.1~2.7、1.4~1.2和0.8~0.6ka时段,若尔盖地区发生了多次快速的泥炭地退化、针叶林扩张和气候变冷等事件.青藏高原东部地区全新世植被与气候的长期变化受控于太阳辐射及其主导的温度与亚洲夏季风强度的变化,而百年尺度的快速变化事件可能受到了季风减弱事件和北半球高纬度地区温度异常的调制作用.     

广东湖光岩玛珥湖沉积物漫反射光谱数据反映的全新世以来古环境演化

利用漫反射光谱技术得到湖光岩玛珥湖沉积物的叶绿素a浓度.通过与TOC、Sr/Rb比值和磁化率的对比发现,叶绿素a浓度能够忠实地反映湖泊初级生产力的变化,较高的叶绿素a浓度代表季风较强、降雨量较高,反之亦然.湖光岩玛珥湖沉积物多环境代用指标分析结果显示,湛江地区早全新世季风强盛,中全新世季风迅速衰退.这种全新世季风演化模式与北半球季风区的很多地质记录以及北纬30°变化趋势相似,反映了太阳辐射是湛江地区千年尺度季风演化的主要驱动因素,但是湛江地区的季风演化滞后于太阳辐射变化大约2200 a.叶绿素a浓度记录显示6000 a BP左右季风迅速减弱,这与其他记录显示的季风渐变模式不同.一方面,太阳辐射渐变激发了湛江地区植被-大气圈的负反馈作用,这可能是造成6000 a BP左右气候迅速变干的原因之一;另一方面,沉积速率增加导致的稀释作用放大了叶绿素a浓度下降的趋势.3600 a BP以来的沉积环境可能受到了人类活动的影响.     

北大兴安岭地区全新世植被演替及气候响应

通过对大兴安岭北部地区霍拉盆地泥炭剖面和表土样品的花粉分析,重建9100cal a BP以来植被演化历史及其对气候变化的响应过程.结果显示研究区植被经历了从早-中全新世暖温、寒温混合型植被向晚全新世寒温型植被的演变过程.全新世温暖期(9100~6000cal a BP),北大兴安岭寒温带针叶林区气候较现在更为温暖湿润,发育鹅耳枥属、榛属、松属和云杉属为主的暖温型针阔叶混交林,与寒温型落叶松和桦共同组成了特有的混交林地,其植被多样性增加.约6000~5000和3500~2500cal a BP的两次显著的降温事件,导致鹅耳枥属、榛属等喜暖植物类型减少,落叶松属和桦属为主的耐寒植被扩张.2500cal a BP之后,形成落叶松和桦为主的寒温型针阔叶混交林植被景观.全新世温暖期温度增加可能导致东亚夏季风对中国北大兴安岭地区的影响增强,有利于暖温型森林植被发育并增加植物载荷.     

湛江湖光岩玛珥湖全新世粒度变化特征及古气候意义

对湖光岩玛珥湖沉积物全新世粒度参数、550℃烧失量和Ti元素含量的变化特征研究后认为:粒度频率特征曲线指示湖光岩玛珥湖沉积物的外源输入部分主要来自其小流域;沉积物粒径的变化主要受降雨量,而不是湖泊水位波动的控制;较粗的粒径指示降雨量增加,较细的粒径指示降雨量降低.湛江地区全新世早期季风强盛,6085 a B.P.以后,季风显著减弱.湖光岩沉积物记录的全新世中期季风迅速减弱的发生时间与全球很多地质载体记录的全新世中期季风迅速减弱时间都非常接近,体现了湛江地区全新世季风演化的全球性.湛江地区6085 a B.P.以后的季风迅速减弱、气候转干很可能与厄尔尼诺活动增强有关.2000 a B.P.以后,粒度参数、550℃烧失量和Ti元素含量的变幅明显增加与人类活动的影响有关,是人类活动和气候因素共同作用的结果.     

新疆艾比湖地区湖泊沉积记录的早全新世气候环境特征

通过干旱区封闭湖泊艾比湖沉积物的多环境代用指标分析, 重点对全新世早期气候环境演化特征进行了研究. 孢粉组合及地球化学指标表明, 研究时段(8.0 ~ 11.5 cal kaBP)温度总体偏低, 初期(11.5 ~ 10.6 cal kaBP) 温度较高且降水较多; 早全新世向中全新世转换时期(8.9 ~ 8.0 cal kaBP )气候波动显著. 尤其是, 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、孢粉分析数据都暗示, 8.2 cal kaBP, 8.6 cal kaBP, 10.5 cal kaBP的气候状况具有显著的冷湿特征, 可视为早全新世的3次冷湿事件.     

中国南方内陆山地末次冰盛期植被特征及古环境意义

选取鄂西神农架大九湖、南岭山地大湖和闽北甘棠3个剖面孢粉记录,推定在末次冰期时,中国秦岭淮河以南的华南内陆山地森林植被繁茂.剖析3地古植物群中有指示生态意义的冷杉(Abiessp.)林、水青冈(Fagussp.)林和桤木(Alnussp.)林的演替过程,认为在末次冰期中后期,中国秦岭-淮河一线以南至南岭以北的山地可能有一定量的降水和有效湿度,生态环境能够满足山地森林植被地带性分布.末次冰盛期(LGM)阶段是寒冷、湿润的气候配置,与中国北方黄土高原和青藏高原的末次冰期草原和荒漠草原景观所显示的寒冷干燥气候特点完全不一样.中国南方内陆山地冷湿的气候特点除了受北半球气候驱动主导因子影响,还与所在的纬度、毗邻大洋的区位以及地形地貌等地理因素密切相关.     

中国末次冰盛期以来湖泊水量变化及古气候变化机制解释

中国古湖泊数据库收录的42个湖泊,提供的湖泊水量每千年变化的空间信息,可以用来系统分析中国区域末次冰盛期以来大气环流变化的状况.研究结果表明:我国西部从末次冰盛期以来直至全新世中期均为较湿润的气候状况,推测冰期内的湿润条件主要与西风带的降水以及低温低蒸发密切相关,而全新世主要为夏季风降水增加所致;全新世晚期气候趋干明显.我国东部的大部分区域在冰盛期和晚冰期较为干旱;只是在全新世有效降水状况才有大幅度的改善,全新世中期夏季风降水的效应仍然相当显著,控制的范围可达整个中国西部,同时位于现代季风气候区的中国东部,有效降水的峰值区的变化似乎存在从北往南的穿时性,南方有效降水峰值出现在晚全新世.而西南季风区湿润状况的明显改善发生在晚冰期,比东南季风区发生的早,显然这与两个季风系统的相互消长有一定的关系.我国东北区的湿润状况改善的也较早,显示了独特的季风气候机制.     

赛里木湖孢粉记录的亚洲内陆西风区全新世植被与气候变化

通过对西风区新疆赛里木湖沉积岩芯的精确定年和孢粉、炭屑分析,重建了该地区全新世以来的植被和气候环境演化历史.结果表明,~9.6cal.kaBP前的早全新世,研究区以荒漠植被为主,A/C比值和第一主成分样品得分所指示的有效湿度明显偏低,第二主成分样品得分所指示的气温回升,气候干旱.9.6~5.5cal.kaBP的中全新世湖区为典型的荒漠草原/草原植被,区域有效湿度明显增加,气温较高,为温暖时期.其中6.5~5.5cal.kaBP期间,研究区植被由荒漠草原/草原迅速转变为荒漠,有效湿度明显降低,同时温度升至最高,可能是一次千年尺度的高温干旱事件.5.5cal.kaBP以来的中-晚全新世,研究区呈现出典型的草原/草甸景观,有效湿度相对较高,温度大幅降低,气候温凉湿润,相对较为适宜.赛里木湖孢粉、炭屑记录的温度和湿度变化与区域其他湖泊记录对比的一致性表明,太阳辐射是造成区域温度变化的主要驱动因素,同时温度变化影响了区域的有效湿度变化.该地区早全新世气候干旱,中-晚全新世气候相对湿润的气候环境演化特征与季风影响区有着明显的差异.早全新世干旱是中纬度西风减弱和上风向蒸发减少的环流背景下局地温度高蒸发强烈的结果.     

末次间冰期以来我国东部沙区的古季风变迁

根据130ka BP以来东部沙区的地质记录,将本区古季风划分为末次间冰期(130～70kaBP)夏季风为主时期、末次冰期(70～10kaBP)冬季风为主时期和冰后期(10kaBP至今)夏季风为主的不稳定时期3个演化时期,以及末次间冰期(120ka BP和100～95kaBP)冬季风增强期、末次冰期(59～21kaBP)夏季风增强期、冰后期早全新世(10～7.5kaBP)夏季风增强期、中全新世(7.5～4kaBP)夏季风鼎盛期和晚全新世(4kaBP至今)夏季风衰弱期等若干阶段。冬、夏季风的转换以突变为主。夏季风北界位置从末次间冰期的马鬃山-乌兰巴托退至末次冰期的黄土高原砂黄土带北界附近,复又进到全新世最佳期的山丹-雅布赖山一带,最后退到现代阴山北麓-呼伦贝尔一线,反映东亚季风环流的夏季风呈现波动减弱的趋势。影响季风变迁的因素复杂,特别是全新世期间的短周期波动应加强研究。     

末次盛冰期以来中国东北地区特征时期植被格局

末次盛冰期以来气候环境经历了低温-升温-高温等诸多场景,成为评估未来气候变化的理想相似型.基于中国东北地区花粉记录,重建末次盛冰期以来特征时期植被格局,为预测未来气候环境变化影响下的生态环境格局提供依据.末次盛冰期(~18000cal a BP),东北地区草原植被急剧扩张,松嫩平原形成大面积的寒旱草甸草原,辽河平原和呼伦贝尔高原也被草原和荒漠占据,中南部平原发育森林草原植被;山地存在寒旱型针叶林和寒温性针阔叶混交林.早全新世阶段(10000~9000cal a BP),东北地区东部山地丘陵区和三江平原地区为针阔叶混交林植被,中部地区仍以草原植被为主,暖温性阔叶林向北有所发展.全新世大暖期( 6000cal a BP),温带针阔叶混交林和寒温带针叶林向北方扩张,落叶松向南略有推进,云冷杉林向北扩展,在小兴安岭东部和三江平原出现高值.落叶阔叶林分布中心向南迁移至长白山南部和辽东半岛.松嫩平原草原区岛状林地增加,辽河平原地区草甸草原植被扩张.增温导致东北地区季风降水增加,有利于暖温型森林植被发育.东北地区全新世暖期是植被发育最好时期,增温导致的夏季风降水增强,可能是植被和生态环境良好的主要原因.     

晚冰期以来青海湖沉积物多指标高分辨率的古气候演化

通过青海湖沉积物孢粉、碳酸盐、有机C, N和有机δ¹³C等多项指标的综合分析, 建立了青海湖晚冰期以来的高分辨率古气候演化序列. 结果表明, 18.2 cal. ka BP左右为末次冰期盛冰阶进入晚冰期的界限, 自15.4 cal. ka BP起气候开始向暖湿化发展, 7.4 cal. ka BP时达到了暖湿组合的鼎盛期, 4.5 cal. ka BP以后气候又逐步转入冷干. 晚冰期向全新世转换期间气候的冷暖干湿波动十分频繁, 其特征与北大西洋深海沉积、格陵兰冰芯、欧洲地区湖泊沉积以及中国黄土、古里雅冰芯等记录的古气候具有一定的可对比性. 青海湖地区晚冰期以来的古气候演化特征揭示了万年尺度上东亚季风的源驱动力同太阳辐射有关.     

吉兰泰盐湖沉积物孢粉记录的季风边缘区全新世气候演化

全新世气候具有不稳定性,且存在着区域差异,在季风边缘区尤为显著.因此,本研究选取季风边缘区吉兰泰盐湖沉积物的孢粉记录并结合AMS14C测年结果,对该地区全新世的古植被演化及古气候变化历史进行了重建.结果表明,在全新世阶段,该地区植被类型未发生变化,以干旱的荒漠植被为主.早全新世(10.5 8.5 cal ka BP),以蒿属孢粉为主,伴随出现少量藜科、禾本科及麻黄属孢粉,蒿藜比(A/C比值)相对稳定(4.11左右),指示全新世早期气候逐步转湿的过程,在8.5 cal ka BP,蒿属孢粉数量下降且被藜科孢粉取代,指示一次明显气候干旱事件;中全新世(8.5 3.5 cal ka BP),蒿属孢粉含量增加及藜科孢粉含量降低,A/C比值在7.1 cal ka BP左右达到峰值,指示该地区中全新世气候最为湿润;晚全新世(3.5 cal ka BP至今),藜科孢粉含量增加且超过早全新世,A/C比值低至3.66,区域呈现明显的干旱化趋势.此外,结合吉兰泰盐湖沉积物矿物组成结果,发现中全新世湖泊沉积物中,钙芒硝大量出现,一定程度上指示降水量增多所带来的淡水注入,与孢粉指标指示该阶段湿润的结果一致.通过区域对比,发现吉兰泰地区在全新世时期的气候演化模式与东亚季风区具有较好的一致性,表明该地区受到东亚夏季风的影响较大,尤其是在中全新世,东亚夏季风增强,带来较多的降水,气候湿润.     

从孢粉分析试论北京地区两泥炭矿的时代和形成环境

本文应用孢粉分析,对北京地区两个泥炭矿的时代和形成环境进行了探讨。指出:泥炭成矿时期的气候是温暖而湿润的,气温较现今高。植物生长茂盛,属针阔叶林植被。泥炭是在植物残体的不断积累、分解和腐烂,长期保存在水体及后期泥砂覆盖的还原环境之下,上覆压力不断增加,沉积物的堆积速度与湖沼下降的速度长期保持相对平衡等条件下形成的。泥炭成矿的地质时代主要在中全新世     

两万年来的中国多年冻土形成演化

利用大量的古多年冻土遗迹和古冰缘现象,并佐以古冰川、孢粉及动物化石等资料,重建了20ka以来中国多年冻土演化进程.结果表明,在末次冰期最盛期(LGM,或末次多年冻土最大期LPMax),中国多年冻土面积达到了5.3×10^6~5.4×10^6km^2(现今中国多年冻土面积的3倍多),而全新世大暖期(HMP,或末次多年冻土最小期LPMin),中国多年冻土面积曾缩减至0.80×10^6~0.85×10^6km^2(约为现今中国多年冻土面积的50%).按照古冻土遗迹的年代及分布等特征,在确定LGM和HMP两个主要时段的冻土格局基础上,将20ka以来中国多年冻土演化进程划分为7个阶段:晚更新世LGM(20000~10800aBP)多年冻土强烈扩展,达到LPMax;早全新世气候剧变期(10800至8500~7000aBP)多年冻土较稳定但相对缩减阶段;中全新世HMP(8500~7000至4000~3000aBP)多年冻土强烈退化阶段,多年冻土缩减到LPMin;晚全新世新冰期(4000~3000至1000aBP)冻土扩展阶段;晚全新世中世纪暖期(1000~500aBP)多年冻土相对退化阶段;晚全新世小冰期(LIA, 500~100aBP)冻土相对扩展阶段,以及近代升温期(近百年来)多年冻土持续退化阶段.本文重建了各时段内古气候、古地理环境以及多年冻土分布范围和其他特征.     

东亚中全新世的气候模拟及其温度变化机制探讨

大量地质证据证实了东亚和北美中全新世(6 kaBP)全年和冬夏季气温高于现代.然而,国际上PMIP计划下18个模式的古气候模拟结果未能捕捉北半球大陆中低纬地区冬季升温的气候特征.这些古气候模拟的冬季降温与地质资料揭示的冬季升温存在着巨大差异,反映出仅仅在太阳辐射变化驱动下的古气候模拟存在重大缺陷. 使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用现代植被和中全新世植被预置的不同下垫面对6 kaBP气候及其植被影响进行了模拟试验.古植被强迫下的模拟结果表明,中全新世时东亚地区各季均出现升温.尤其是模拟的冬季增温与地质资料重建的气候特征接近,反映了除太阳辐射的变化外,植被的变化对东亚地区中全新世的增温有着重要作用.该模拟结果的意义在于:(1)用具有物理机制的数值化模型并采用实际下垫面边界条件,能够较好地模拟出中全新世气候特征;(2)从动力机制的角度揭示了中全新世气候与现代气候存在巨大差别的原因在于辐射变化和下垫面植被变化;(3)中全新世下垫面植被的改变引起的地表反射率变化使得东亚陆面与西太平洋表面的热力差异随季节发生变化,因而中全新世夏季风环流增强,而冬季风环流减弱,冷空气活动受到抑制,使得中国区域冬季温度增加, 形成暖冬气候特征.     

末次冰期以来南海深水区的沉积速率

根据 72个站位沉积柱状样的分析数据 ,首次对南海 1 0 0m以下的深水区 6个不同部位 ,在末次冰期与全新世的堆积速率变化进行统计 .结果发现末次冰期时的堆积速率远远高于全新世 ,而南海南、北陆坡是堆积速率最高的海区 ,两者在各时期具有不同的沉积特征 :南部陆坡在末次冰期、全新世之间陆源物质的堆积速率反差较大 ,而北部陆坡不甚明显 ,但是该处的生源沉积反差强烈     

末次冰盛期中国气候要素定量重建

古气候定量化是古全球变化研究的核心目标之一.重建末次冰盛期时段((18±2)ka14C)气候变化特征,对理解冰期-间冰期地球气候演化规律具有重要的意义.以往古气候要素定量重建,主要基于现代气候条件下孢粉-气候的统计学方法,因难以有效区分过去气候季节性变化和大气CO2浓度降低对植物生长的影响,导致重建结果可能存在不确定性.本研究基于植物生理过程、新一代古气候定量重建的植被反演方法,考虑上述环境因子对植物生长的影响,利用新完善的中国第四纪孢粉数据库,重建了古气候的空间格局.结果表明,在末次冰盛期,大气CO2浓度降低对中国古气候要素重建结果影响不显著;全国年均温比现在低约(5.6±0.8)℃,最冷月温度和最热月温度分别降低约(11.0±1.6)℃和(2.6±0.9)℃,且中国南方降温幅度达到约(5.5±0.5)℃,接近平均值的水平,年均温变化主要归因于冬季温度的降低;全国年降水量比现在低约(46.3±17.8)mm,其中北方降水减少约(51.2±21.4)mm,年降水变化主要源于夏季降水的减少.与古气候模拟结果的对比揭示,虽然现有模式能较好模拟年均气候模态,但是在季节性变化上与重建结果还有较大的差距,指示未来在提高古气候重建精度的同时需进一步加强古气候模式的季节性气候模拟能力.