亚洲夏季风9.2 ka事件的湖北落水洞高分辨率石笋记录

基于湖北省落水洞一支长550 mm石笋的23个²³⁰Th年龄、1099个氧同位素数据,重建了12.96~1.53 ka B.P.时段的平均分辨率为11 a的亚洲夏季风演化序列。该序列记录了在9.2 ka B.P.时存在一个显著的弱季风事件（称为"9.2 ka"事件）,"RAMPFIT"法分析显示："9.2 ka"事件的持续时间在9.8~9.2 ka B.P.之间,亚洲夏季风在"9.2 ka"事件中表现出开始时缓慢减弱（219 a）、结束时迅速增强（78 a）的特征,事件内部存在两个次一级的振荡,曲线呈"两谷夹一峰"的不对称"W"型结构特征。"9.2 ka"事件受太阳活动和北大西洋淡水注入的共同影响,此时太阳活动减弱,且发生淡水注入事件,导致温盐环流减弱,赤道辐合带南移,促使亚洲夏季风减弱。

     

末次冰盛期东亚夏季风变化的重庆石笋记录

基于重庆小山岩洞XSY1石笋的5个²³⁰Th年龄和582个氧同位素数据,重建了23134~19345 a B.P.期间分辨率约6.5 a的东亚夏季风变化历史。此石笋δ¹⁸O记录的长期趋势逐渐负偏,在其上叠加了一系列千年-百年尺度季风振荡,呈现为4谷3峰的结构形态。重庆XSY1和南京MSD石笋δ¹⁸O记录在数百年尺度的反相关系表明冰盛期时东亚大陆东部水汽并非来自印度洋。与北高纬记录对比显示东亚季风的增强与减弱基本对应格陵兰温度的升高与降低时期,暗示在冰量最大时期东亚季风与北高纬气候仍密切联系。此外,XSY1的δ¹⁸O与冰芯¹⁰Be通量亦存在明显的对应关系,表明太阳活动对东亚季风的调控作用受冰量边界条件影响较小。功率谱分析结果显示出1011 a、722 a、460 a、337 a和163 a的周期,与太阳活动周期相近,进一步确认太阳活动对东亚季风的驱动作用。石笋XSY1与澳大利亚石笋MC-S2 δ¹⁸O记录在千年尺度呈反相位变化,表明冰盛期时东亚季风与全球其他气候系统的动力联系。

     

54～46 ka川东北石笋的氧同位素记录及其气候环境意义探讨

对采集于川东北诺水河溶洞群狮子洞的石笋SI3进行了TIMS U-Th定年和高精度氧稳定同位素(δ18O)分析,对其气候环境意义及与东亚夏季风演化之间的关系进行了研究.在54～46 ka之间,SI3的δ18O记录相对变化趋势与同样位于东亚季风区的葫芦洞和董哥洞石笋δ18O记录、与极地冰芯GISP2和中东以色列Soreq洞次生碳酸盐沉积的δ18O记录具有很好的可比性,显示了其与东亚夏季风气候演化和全球气候变化的密切关系.但与其他石笋数据的对比显示SI3的δ18O记录明显偏重,可能与SI3生长地点接近洞口的环境有关,SI3发生了18O富集.对SI3的δ18O记录与气候环境密切相关的机制进行了探讨.     

MIS 5a/5b时期亚洲夏季风变化的高分辨率石笋记录

由于深海氧同位素阶段5时期 (Marine Isotope Stage 5, MIS 5)高分辨率的亚洲夏季风记录较少,限制了对该时期亚洲夏季风变化的认识。本文利用重庆金佛山羊口洞石笋的δ18O记录,重建了MIS 5a/5b时期平均分辨率为38年的亚洲夏季风演变历史。发现该时段亚洲夏季风在千年—百年尺度上与北大西洋地区气候变化存在紧密联系。得益于误差小于0.4%的230Th测年结果,本文标定了中国间冰阶(Chinese Interstadial, CIS)21的开始时间为84.6±0.3 ka BP,CIS 22的起止时间分别为91.2±0.3 ka BP和88.9±0.3 ka BP。此外,羊口洞石笋记录的CIS 21和CIS 22的变化模式与格陵兰记录不同,而与南极冰芯记录呈反相对应,可能表示在此阶段亚洲夏季风受到了南半球气候变化的影响。      

辽宁本溪高分辨率石笋氧同位素记录的东亚夏季风“2.8 ka”事件

本研究利用辽宁本溪庙洞石笋MD12,通过230Th定年和高分辨率氧同位素分析,并集成庙洞另一支石笋MD11序列,重建了3.04~2.60 ka B.P.时期辽东地区夏季风（降水）变化历史。该石笋氧同位素序列记录了2.8 ka事件的详细过程,事件的核心阶段起止时间约为2.76~2.66 ka B.P.,中心点位于2.68 ka B.P.,稍微晚于西南石笋氧同位素记录（约2.71 ka B.P.）,但是在事件的开始时间上,庙洞石笋氧同位素记录比西南石笋氧同位素记录晚了约100年。因此,庙洞石笋氧同位素记录与西南石笋氧同位素记录中显示的缓慢减弱-快速增强模式不同,2.8 ka事件在辽东石笋氧同位素记录中表现为快速减弱-突然增强的变化模式,与太阳活动代用指标一致变化,支持太阳活动是2.8 ka弱季风事件驱动因子的观点。庙洞石笋氧同位素快速响应太阳活动的变化特征,说明其动力学机制可能是太阳活动减弱导致北半球高纬度地区温度降低,然后通过大气"遥相关"作用影响东亚夏季风。     

贵州石笋记录的中晚全新世东亚夏季风变化

研究全新世典型气候突变事件的内部结构及区域特征,有助于明晰季风气候突变事件的成因机制。通过对贵州七星洞石笋14个高精度²³⁰Th定年和779个氧同位素数据的分析,重建了过去6 380～2 700 yr B.P.时段平均分辨率达4.7年的东亚夏季风演化序列。该石笋δ¹⁸O值整体上呈逐渐偏正的特征,指示中晚全新世以来东亚夏季风持续变弱的趋势。叠加在此长期季风减弱变化趋势上,最为显著的百年尺度振荡主要发生在4 548～3 715 yr B.P.时段,对应于4.2 kyr B.P.事件。该记录与同区域董哥洞石笋δ¹⁸O记录一致,均显示在此事件内部并非持续干旱,而是具有两次显著的季风强降雨期。相似的季风强降雨期在我国北方气候记录中也有体现。在更大的空间尺度上,这种4.2 kyr B.P.事件的内部结构特征与澳洲—印度尼西亚(澳—印)季风区的石笋记录结构相对应,但呈显著的反相位耦合关系,证实了亚洲与澳—印季风间的动力学联系。此外,该事件结构与ENSO记录的耦合暗示了4.2 kyr B.P.事件的发生可能与热带太平洋密切相关。     

川东北石笋120~103 ka BP稳定碳同位素记录与控制机制

利用川东北梭子洞石笋SZ2的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)高分辨率重建了120~103ka时段的石笋碳同位素序列。SZ2的δ~(13)C变化与该石笋稳定氧同位素组成(δ~(18)O)的长期变化趋势明显不同。在整体变化趋势上δ~(13)C变化与生长速率相似,反映石笋表面滴水时间间隔影响的CO_2脱气作用和CaCO_3沉积可能是影响SZ2的δ~(13)C长时间尺度上变化的主要因素。但在较短时间尺度上,SZ2的δ~(13)C与δ~(18)O变化基本趋势一致,反映了地表植被类型(如C3/C4植被比例)、植被密度、土壤微生物活动以及洞穴通风效应的变化可能是引起SZ2的δ~(13)C短时间尺度上变化的主要因素。     

中国南方石笋氧同位素记录的重要意义

中国南部石笋氧同位素记录记载了重要的气候变化信息。应用石笋氧同位素记录时首先需要考虑检验石笋的平衡结晶生长,特别是重复性检验,以排除可能的偶然性或地方因素。中国南部重复性很好的南京葫芦洞和贵州董歌洞石笋氧同位素记录主要代表了当时的降水氧同位素信息。两洞的记录都显示,在冰期或冰段时期降水的氧同位素比间冰期或间冰段时期明显偏重。受夏季风强弱变化的控制,与目前亚洲季风降水氧同位素的季节变化相对应,在间冰期或间冰段时,ITCZ偏北,降水以夏季风的大规模大气环流下的对流降水为主,其氧同位素较轻;相反地,在冰期或冰段时,ITCZ偏南,降水以夏季风爆发前的锋面降水为主,其氧同位素较重。虽然尚有其他许多影响因素,亚洲季风的变化应是影响中国南部石笋氧同位素在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上变化的主导因素。但在更小的尺度上(例如小冰期),石笋氧同位素记录的解释则需要谨慎。虽然下最终结论为时尚早,但作为亚洲季风的两个组成部分的东亚季风和印度季风很可能是同步的,至少在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上是如此。     

东亚季风区石笋δ13C是否记录植被变化:从川东北石笋记录的Heinrich事件说起

以往的研究中一般认为石笋δ13C变化的影响因素复杂,但在大多数报道中地表植被仍被认为是影响石笋δ13C变化的主要因素之一.本文综合国内外已发表的模拟试验研究结果及川东北地区已发表和未发表的石笋δ18O-δ13C数据,特别是Heinrich事件中石笋δ18O-δ13C的表现,指出地表植被不一定是影响石笋δ13C变化的主要因素,洞穴水文(如地下水流速、滴水速率、水文化学,等等)的变化可以解释通常观察到的石笋δ13C变化.植被变化的效应可以叠加在洞穴水文变化的效应上.洞穴系统的水文变化复杂性可能是造成石笋δ13C变化呈现较复杂特征的主要原因.     

公元8世纪以来贵州荔波石笋高分辨率的气候变化记录

通过中国贵州荔波龙泉洞L1及L2两根石笋19件ICPMS230Th测年和459件氧稳定同位素分析,L1时限范围为918-1910aA.D.,L2为724-1888aA.D.;稳定同位素样品的平均分辨率分别为6.6a和3.6a.两根石笋δ18O记录取得了平行一致的结果,石笋记录可分为3个气候期,即:中世纪冷期(公元8世纪-995aA.D.),石笋δ18O总的偏重,交化幅度较小,最轻为-8.84‰,最重为-6.72‰,平均值为-7.76‰;中世纪暖期(995-1340aA.D.),石笋记录为两峰夹一谷,200年级的一个半旋回,δ18O最轻为-9.47‰,最重为-6.58‰,平均值为-7.94‰;小冰期(1340-1880aA.D.),石笋记录为四谷三峰相闻交替,印季风表现出由弱到强的200年级3个半旋回,δ18O最轻为-9.50‰,最重为-6.07‰,平均值与中世纪暖期基本一致,为-7.92‰,但变化幅度要大一些,特别是弱季风期要偏重一些.L1及L2两石笋δ18O记录可以很好地和中国中东部物候记录对比.在总体变化榕局上也可以和格陵兰冰芯记录进行对比.石笋记录也可以与宇宙核素产率及太阳耀斑记录进行)cf比,小冰期中石笋δ18O记录的4个低谷期(弱季风期),正好与宇宙核素产率及太阳耀斑曲线的低谷区相对应,并分别可以和太阳黑子1810年达尔顿极小值、1645-1715年蒙德极小位、1420-1530年的斯波瑞尔极小值、1280-1440年的沃尔夫极小值一一对应.太阳黑子的变化,直接改变地球接受太阳辐射能量的交化,说明低纬度地区短尺度季风气候直接响应于太阳辐射能量的变化.     

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。     

近千年东亚夏季风演变历史重建及与区域温湿变化关系的讨论

集成中国季风区石笋氧同位素记录的共同变化特征,初步建立了近千年10年平均的东亚夏季风演变序列。在10年尺度以上分析了东亚夏季风演变与其他气候要素变化之间的关系。主要结论有： 1)近千年来东亚夏季风演变可划分为中世纪时期(11～13世纪初期)的季风稍弱阶段,13世纪中后期至14世纪前半叶的季风较强时期,14世纪后半叶至17世纪的季风较弱阶段,自18世纪开始持续约200年的季风再次增强时期,以及20世纪初开始的季风逐渐减弱阶段。2)近千年来东亚大陆或北半球温度的变化虽然对东亚夏季风变化具有一定的影响,但东亚夏季风强度的变化并不总是取决于陆地温度的变化。3)近千年来东亚夏季风的强弱变化与降水变化在低频趋势上有良好的对应关系,在东亚夏季风增强的时期,中国东部降水较多,而在夏季风减弱时,中国东部降水趋于偏少。     

中国北方季风边缘区过去530年降水的时空变化及其驱动机制研究

中国北方季风边缘区位置的移动影响着整个西北地区的旱涝变化和生态建设的发展。树轮和历史文献记录可以为该地区过去几百年气候环境变化和季风变化提供重要的信息。本文选取了8条树轮序列结合31条中国历史文献记录和实测降水量资料, 重建了中国北方地区近530年的年降水量演化特征, 对比分析了不同特征时期400mm等降水量线空间位置的差异及其可能的驱动机制。结果表明, 在年际尺度上, 降水量最丰年400mm等降水量线位置都比近30年平均位置偏北, 而干旱事件时期400mm等降水量线位置比近30年平均位置更偏南, 且干旱时期的波动要比湿润年份的波动幅度更大; 在年代际尺度上, 最湿润10年和最干旱10年400mm等降水量线位置同样比最近30年偏北和偏南, 但是其空间位置的变化没有年际尺度显著。研究区降水量空间位移变化主要是受北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺南方涛动(ENSO)的影响。     

中全新世东亚季风年至10年际气候变率:湖北青天洞5.56～4.84ka B.P.石笋年层厚度与地球化学证据

中全新世年至10年际东亚季风气候变率及其动力学机制有助于深入了解当今全球气候变暖的自然变率贡献.本文基于湖北青天洞一支石笋的铀系年龄、年纹层计数、氧同位素和微量元素测量结果,建立了中全新世5.57～4.84ka B.P.时段平均分辨率为3～4年的东亚季风气候和洞穴地点环境演变序列.石笋年纹层由冬季亮色薄层和夏季暗色厚层组成,对应冬、夏季节层的δ18O和δ13C正负漂移与现今冬夏降水和岩溶环境同位素值变化基本吻合.然而,元素比值(Mg/Ca和Sr/Ca)揭示了冬夏季风降水与岩溶作用的复杂响应过程.在10年际尺度上,石笋氧同位素记录了3次间隔200年左右的弱季风事件,分别发生于5.56～5.50ka B.P.,5.26～5.20ka B.P.和5.01～4.94ka B.P.,每个事件大约持续60年,反映了太阳活动周期控制季风强度变化的频率.Mg/Ca和Sr/Ca比值与季风强弱变化不存在明显的对应关系,但其功率谱具有200年和40年左右周期,说明东亚季风气候和岩溶环境过程之间既有共同的控制因素又有不同的演化机理.