区域气候模式对末次盛冰期东亚季风气候的模拟研究

末次盛冰期(LGM)是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期. 利用包含较为详细陆面过程的区域气候模式, 通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区LGM古植被, 模拟了LGM东亚季风气候并研究了植被变化对LGM东亚季风的影响. 由区域气候模拟得到的较为精细的气候演变图像表明: LGM东亚大陆全年降温是导致东亚冬季风强盛、夏季风萎缩的重要原因; 夏季西太平洋副热带高压的西伸、加强, 是造成中国东部LGM夏季降水减少的重要原因. LGM青藏高原及中亚地区的降水及有效降水均有所增加, 高原有效降水的增加主要由降水增加所造成, 地表蒸散对其贡献较小. LGM青藏高原的积雪也有所增加, 有利于高原地区的冰川、冻土发育, 使得该时期的多年冻土区可向南扩展到30°N以南. 在LGM模拟中加入恢复的古植被会放大由外强迫造成的气候影响, 对于模拟的降温、降水变化、地表热平衡量的变化、积雪及其他气候参量的变化都有进一步的强化作用, 使模拟结果与有关地质资料更为接近.     

龙感湖钻孔揭示的末次盛冰期以来的环境演化

通过龙感湖滩地钻孔24．4m深度以内的沉积物岩性、生物和物理指标分析,在^14C年代测定的基础上,对龙感湖末次盛冰期以来的环境演化进行了恢复,15．0kaBP前和10．0－6．3kaBP,龙感湖区发育河流沉积,以低生物量和高磁化率为特征;约15．0－10．0kaBP期间的晚冰期,龙感湖首次成湖,湖泊中生物量明显提高;现代龙感湖雏形始于约6．3kaBP后,至3．7kaBP后发展为稳定的湖泊环境,此外,花粉结果显示,龙感湖湿地相干被大致形成于3．3kaBP后,然后,龙感湖的成因和演化,及其与长江关系的研究,还必须重视对沉各物物源的追踪。     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线重建

末次盛冰期以来,南海西北部的相对海平面从-100多米变化到现今海平面高度,越南东北沿海、北部湾及华南沿海等水深较浅的海域经历了从陆地到海洋的演变过程．基于古海岸线重建模型,利用现今的数字高程模型、相对海平面变化曲线和沉积厚度数据,对南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线进行了重建．根据古海岸线演变序列获得以下认识：20～15cal．ka BP南海西北部的海岸线缓慢后退,陆地面积只减少了1×10^4km^2,海陆格局基本维持不变;15～10cal．ka BP海岸线快速后退,减少的陆地面积达24×10^4 km^2,使越南东北沿海、北部湾及华南沿海迅速从陆地变为海洋,现今海陆格局基本形成;10～6cal．ka BP海岸线继续以后退为主,使陆地面积减少了9×10^4km^2,期间琼州海峡自西向东完全打开;6-0cal．ka BP海平面波动幅度较小,海岸线变化受构造和沉积作用明显,趋势以海退为主,陆地面积增加了约1×10^4km^2．     

青藏高原对东亚夏季风影响的数值模拟

本文基于大气环流模式CAM,对青藏高原大地形进行简单处理并积分15年,在月和候时间尺度上对比分析了东亚夏季风对高原的响应特征.模式模拟结果表明:高原的隆升加强偏北风,使热带季风爆发之前华南及长江流域的降水加强,并通过对高层大气的显著加热作用,强化了东亚地区上层大气的南北热力差异,使得东亚夏季风加强.在西南风引导下,暖湿气流北上并使长江及江淮流域梅雨期提前,雨量加大且持续时间更长,进而使太平洋副热带高压位置偏西,并改变了东部沿海地区的降雨分布,使其呈现出旱涝相间分布的状况.自7月上旬,高原的存在反而减弱了北方雨季的降雨强度,但是延长了北方降雨期.同时由于降雨释放潜热减少与偏南风加强的作用相互消减,使得337.5假相当位温线到达最北时的位置变化不大.     

末次盛冰期以来全球湿润状况的地质证据——全球古湖泊数据库及其湖…

介绍了正在建设中的全球湖泊数据库的情况，以及该数据库的不位资料所反央的是更新世末期以来全球湿润状况的变化，通过大尺度湖水位变化的时空分析，结果显示当今湖泊水湖泊水位较高，自末次盛期以来，北美大陆中南部地区湖泊水位自高至低，反映出该地区气候条件由湿变干，至早，中全新世达最干旱，而在非洲及南亚季风地区，冷期偏干，暖期偏湿，特别是在早，中全新世的温暖时期，为历史上最湿润时期，北半球中纬度地带的气候干湿变     

末次盛冰期以来南海南部天然气水合物储库变化及其对环境的影响

末次盛冰期以来南海南部海平面及海洋底水温度均发生了很大的变化. 为了研究南海南部天然气水合物稳定带厚度在这个过程中的变化情况及其对环境的影响,我们利用相关的计算公式,并编制了计算稳定带厚度的程序,在南海南部的南沙海槽、曾母盆地、巴拉望盆地和苏禄海等四个重点海域选取了35个点进行末次盛冰期及目前稳定带厚度的计算. 计算结果表明,南海南部末次盛冰期和目前的天然气水合物稳定带厚度分别为262m和233m;甲烷资源量分别为2.69×1013m3和2.39×1013m3;水合物资源量分别为1.64×1011m3和1.46×1011m3. 这说明自末次盛冰期以来,南海南部稳定带厚度平均减薄了29m,平均减薄百分比为12%,同时释放了大约3.0×1012m3的甲烷,这些甲烷对环境产生了较大影响,对末次冰期的结束起了较大作用.     

中国21kaBP气候模拟的初步试验

本文使用含有陆面过程的９层大气环流谱模式（ＡＧＣＭ＋ＳＳｉＢ）,在地球轨道参数和下垫面边界条件驱动下,对２１ｋａＢＰ的气候进行模拟试验。结果表明,２１ｋａＢＰ时中国东部干旱,西部和青藏高原湿润,全国普遍降温。该模拟结果基本捕捉了由古湖泊资料和孢粉资料重建的气候特征。对模式输出的大气环流场和降水场的分析揭示出,２１ｋａＢＰ东亚夏季风环流明显减弱,而青高原夏季风环流增强;冬季风环流较现在略有增强。该模     

高分辨率黄土剖面记录的末次间冰期东亚季风的不稳定性特征

选取高分辨率黄土剖面是深入研究末次间冰期东亚气候变化的首要前提. 通过对六盘山东、西部两个高分辨率S1地层记录的对比研究, 发现两剖面S1地层均发育5层古土壤、堆积4层黄土, 指示MIS5阶段存在5次强夏季风事件和4次强冬季风事件. 这些气候事件与东亚季风区的其他记录及NGRIP冰芯记录、北大西洋钻孔记录中的冷、暖事件呈现良好对应关系, 暗示在末次间冰期, 北半球气候存在较大的不稳定性. 地层中与5a, 5c亚阶段相对应的层位, 均发育有两古土壤亚层及堆积一黄土层, 与5e相比, 5a, 5c则表现出更大的波动幅度和更多千年尺度上的快速波动, 而5e亚阶段的气候则较为稳定.     

末次冰期冰盖消融对东亚历史相对海平面的影响及意义

基于新的末次冰期冰川均衡调整(GIA)模型,利用有限元算法模拟了盛冰期以来东亚相对海平面的变化,并与观测数据进行比较分析.研究表明,早期相对海平面上升由盛冰期后全球冰盖消融控制,后期的变化则由地壳黏性均衡调整控制;每个时期的结果均具有显著的区域性差异,与地壳均衡作用及远场均衡效应的区域性差异有关;模拟的不确定性主要来自冰盖消融模型差异的影响,量级在观测误差范围内.此外,利用本文的GIA模拟结果,对东亚海岸历史相对海平面观测进行改正,揭示了华南全新世以来不同阶段的地壳垂直运动,其中3—8 kaBP地壳以较稳定的速率(1~4 mm/a)下沉,之后则以较小速率下降或隆升,推测可能与东南部菲律宾板块的俯冲有关;揭示近千年来粤东海岸和珠江三角洲地壳垂直运动有长期隆升趋势,而近三十年的观测结果则显示下沉,推测该差异与人类活动导致的沉降有关.     

末次冰盛期以来东亚季风变化历史——中国北方的地质记录

全球变暖对中国北方气候的影响已经引发了学术界的广泛关注,地质增温期东亚季风变迁历史可为理解未来气候变化提供重要参考.文章主要基于中国北方夏季风边缘带的湖泊、黄土等记录的古植被信息,探讨了末次冰盛期至全新世全球增温过程中东亚季风的变化历史.地质记录显示,末次冰盛期东亚冬季风增强,夏季风减弱,中国北方气候干冷,大部分地区呈现荒漠草原或干草原景观,贺兰山以东沙地的东南边界和现代沙地边界接近或略向东南方向小幅扩张.在由冷转暖的末次冰消期,东亚冬季风逐渐减弱,夏季风逐渐增强,但在快速变冷的Heinrich 1(H1)和Younger Dryas(YD)事件期间,中国北方气候变干.全新世冬季风减弱,夏季风显著增强,季风雨带向西北推进至少300km,中国中东部干旱区范围大幅度缩小,北方喜暖喜湿植物显著增加.从夏季风边缘带的记录看,中全新世夏季风最为强盛.显然,古增温有利于东亚夏季风的增强,从而极大改善中国北方的生态环境.如果全球变暖持续下去,中国北方将变得湿润.与轨道尺度记录相比,高分辨率的古植被记录较为缺乏,全新世气候突变事件以及百年-十年尺度气候旋回尚需深入研究,应作为今后研究的重点.     

18000年前冰期气候的数值模拟

了解过去环境变化的事实是准确评估当前环境所处的历史位置和预测未来气候变化趋势的前提．本文利用CLIMAP建立的末次冰期的地球表面状况作为下边界条件,用GCM模拟了18000年前冰期全球气候状况．模拟结果显示：冰期全球平均地表气温比现代低约4.9℃,自由大气温度从低层到高层也均有所下降,全球平均降水比现在的少0．25mm／d,相对湿度小10％,平均海平面气压值上升．本模式的模拟结果和其他GCM的模拟结果作了比较,并和地质考古得到的有限的冰期气候资料作了比较,两者基本相符．     

末次冰消期东亚和挪威海气候事件的对比

通过对黄土-古土壤和泥炭剖面的高分辨率~14C年代学以及有机质的δ~(13)C值和有机碳百分含量的研究,揭示了末次冰消期百年尺度温暖-寒冷的东亚季风气候颤动事件及其反映的有意义的降水变率.它们由波令(Bolling13～12.5ka BP),老仙女木(Older Dryas 12.5～11.75ka BP),阿勒鲁德(Allerod 11.75～11.2 ka BP)和新仙女木(Younger Dryas 11.2～10 ka BP)事件构成.其地层结构表现出多种沉积相的变化,反映了气候的不稳定性.这些高频、快速的气候事件可与挪威海海面温度记录的气候事件—一对比.反映了东亚季风气候通过西风带及与其相关的气压系统与极地.高纬地区古气候的遥相关.     

18000年前冰期气候的数值模拟

了解过去环境变化的事实是准确评估当前环境所处的历史位置和预测未来气候变化趋势的前提．本文利用CLIMAP建立的末次冰期的地球表面状况作为下边界条件,用GCM模拟了18000年前冰期全球气候状况．模拟结果显示：冰期全球平均地表气温比现代低约4.9℃,自由大气温度从低层到高层也均有所下降,全球平均降水比现在的少0．25mm／d,相对湿度小10％,平均海平面气压值上升．本模式的模拟结果和其他GCM的模拟结果作了比较,并和地质考古得到的有限的冰期气候资料作了比较,两者基本相符．     

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.     

从会宁末次间冰期土壤看北大西洋气候不稳定性

会宁李家塬与新庄塬高分辨率黄土剖面的粒度分析表明,末次间冰期氧同位素阶段5e时期,黄土高原地区处于较为稳定的气候环境．该结果与格陵兰冰芯GRIP记录的气候变化过程不同     

末次冰期以来印尼穿越流对东亚季风变迁和ENSO活动的响应

印尼穿越流连接西太平洋和印度洋,调节这两个大洋之间的热量和水汽的交换,继而在全球气候变化中扮演着重要的角色．印尼穿越流的通量、水体性质和垂向分层受东亚季风和厄尔尼诺．南方涛动（El Nino-Southern Oscillation,ENSO）等气候现象强烈影响．本文研究了钻取于帝汶海区印尼穿越流出口处S018462孔的沉积物,分析浮游有孔虫表层水种和温跃层水种壳体的氧同位素和Mg／Ca比值,恢复了末次冰期以来印尼穿越流表层水和温跃层水的温度和盐度以及垂向温度梯度的变化,并与钻取于西太平洋暖池中心的3cBX孔记录进行了对比．结果显示,末次冰期时帝汶海与西太平洋暖池的表层海水性质几乎一致,自大约16ka以来帝汶海相对暖池的表层海水淡化显著,但二者之间的温度差异变化不大．冰消期时,帝汶海和暖池温跃层海水温度均呈现升高趋势,在大约11．5ka达到峰值;之后,暖池中心的温跃层海水温度总体维持不变,而帝汶海的温跃层海水温度逐渐降低;6ka以来,帝汶海和暖池温跃层海水性质总体趋于一致．上述结果表明,早全新世（11．5—6ka）,类拉尼娜状态以及东亚夏季风降水的增加,使得区域内表层海水盐度降低,抑制了印尼穿越流表层流,导致温跃层流加强．6ka以来,除了东亚冬季风影响下最终造成帝汶海温跃层变浅外,ENSO的频繁活动也可能是重要的影响因素．     

中国不同纬度城市群对东亚夏季风气候影响的模拟研究

该工作利用中尺度模式(MM5),通过在中国东部不同地区设置城市扩展区,进行了东亚夏季风气候的模拟对比试验,以研究不同纬度带上城市化对东亚夏季风气候的影响,并试图了解不同气候背景(不同纬度)下大规模城市群(带)的气候效应及其差异.结果表明,城市下垫面扩展使得扩展区及其周边地区的降水减少、气温升高,总体上呈现出干、暖化的趋势.城市化的气候效应通过大气环流的传输可以传播到较广阔的范围.而且不同地域(纬度)的城市下垫面扩展对大范围气候的影响也具有明显差别,北方城市带扩展比南方城市带扩展对东亚气候的影响更为显著.长江三角洲地区对城市扩展造成的下垫面改变相对不敏感,因而在长江三角洲地区比较适合发展大规模城市群,而在中国北方地区,尤其是华北平原地区,则应该对城市化的规模进行适当控制,以减小城市化发展对东亚区域气候产生的不利影响.该工作的模拟结果还表明,城市带扩展对东亚夏季风有明显影响,但由城市扩展激发出的次级大气环流具有较强区域性的特点,因而难以将城市带扩展对夏季风强度的影响概括为整体增强或减弱.     

末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度的模拟研究

文章使用9个气候模式的数值试验数据,研究了末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度(ELA),以期加深理解冰期青藏高原地表环境以及ELA变化成因.相对于工业化革命前期这一参考时段,末次冰盛期青藏高原夏季普遍降温4-8℃,年降水量平均减少25%.在降温和降水减少的共同作用下,中国西部ELA降低,不同区域之间降幅存在差异.在青藏高原地区,其南缘和西北部下降1100m,中部腹地下降650-800m,东部下降550-800m且由西南向东北逐渐变小.中国境内天山上的ELA下降不超过650m,祁连山和阿尔泰山上的下降值在500~600m.另外,水平分辨率高的气候模式能模拟出青藏髙原中部ELA下降不超过500m的低值,这与古冰川遗迹记录一致;末次冰盛期青藏高原冰川物质积累区主要发生在边缘山地,其面积扩张至现代的2-5倍,但仍未覆盖到高原中部.     

从会宁末次间冰期土壤看北大西洋气候不稳定性

会宁李家塬与新庄塬高分辨率黄土剖面的粒度分析表明,末次间冰期氧同位素阶段5e时期,黄土高原地区处于较为稳定的气候环境．该结果与格陵兰冰芯GRIP记录的气候变化过程不同