末次盛冰期气候模拟及青藏高原冰盖的可能影响

在国际古气候模拟比较计划设定的边界条件下(其中包括:海洋表面温度、陆地冰盖、CO2浓度、地球轨道参数等变化),本文汇报了利用中国科学院大气物理研究所的9层全球大气环流格点模式对末次盛冰期气候进行数值模拟的研究成果。结果表明:末次盛冰期全球年平均温度比现在低5.3℃,降雨量下降9%,其中大陆年平均降水量仅为目前的71%。通过与其他模式模拟结果和重建古气候资料的对比表明,该模式捕捉到了末次盛冰期干、冷的冰期气候特征。在此基础上,我们根据刘东生等的科研成果,初步探讨了青藏高原在末次盛冰期倘若存在一定范围的冰盖,那么该冰盖会对东亚区域古气候模拟结果产生怎样的冲击。     

末次盛冰期百年尺度气候变化的南京石笋记录

据年层计数和TIMSU系测年结果,建立了南京汤山葫芦洞YT石笋年际精度时间标尺(18000～14000aB.P.)。除石笋顶部5mm层段外,高分辨率的δ18O、灰度和年层厚度3种指标在百年尺度上具有相当一致的对应关系,表明这3种指标对气候因素变化响应比较敏感。综合石笋δ18O和本区古植被资料,估计末次盛冰期和波令暖期年均温分别达7℃和15℃。石笋揭示的末次盛冰期气候可进一步划分为4个阶段:1)18150～16900aB.P.,年均温和洞穴湿度逐步下降;2)16900～16100aB.P.,年均温和洞穴湿度相对稳定,可进一步划分为3个暖峰和两个冷谷;3)16100～15600aB.P.,年均温快速下降,按氧同位素平衡方程计算,其冷谷可能接近于0℃,但洞穴湿度比前期下降幅度并不大;4)15600～14750aB.P.,年均温和洞穴湿度比较稳定。这种气候演化的阶段性和突变性与北大西洋地区气候记录可以对比,反映极地与东亚季风气候受共同的驱动机制支配。从石笋4种指标(δ18O、δ13C、灰度和年层厚度)的功率谱图中识别出不同尺度的太阳活动周期成分,其中80aGleissberg周期特别显著,表明末次盛冰期边界条件下太阳活动仍是短尺度气候变化的主要驱动力。     

黄土高原MIS 3时期蜗牛化石记录的温湿气候及其成因机制探讨

通过对黄土高原西峰和洛川黄土剖面末次冰期较高分辨率的蜗牛化石组合研究发现,深海氧同位素第3期（MIS3）（59～29kaB.P.）黄土高原的气候变化可分为3个阶段:MIS3c时期,气候总体相对温暖湿润,但暖湿程度远不及全新世时期,这一阶段出现两次比较温湿的气候波动,西峰最温湿的时期发生在约48～46kaB.P.,其次在约54kaB.P.,洛川较温湿的时期出现在约57kaB.P.;MIS3b时期,西峰气候比较寒冷,但具有一定的湿度,洛川总体上气候比较冷湿,但较之于西峰无论是温度还是湿度都要高一些;MIS3a时期,西峰的气候从温凉变得冷干,洛川出现频繁的气候波动。研究认为黄土高原MIS3c时期较温湿气候状况可能是受控于这一时期地轴倾角控制的太阳辐射梯度的变化,地轴倾角增大,中纬度夏季太阳辐射强度高于低纬度的辐射强度,使得中低纬度之间夏季太阳辐射梯度增加,低纬度海洋向中纬度大陆传输的热量和湿度增加,夏季风加强,从而改善了黄土高原的温湿度状况,喜暖湿的蜗牛种类得以在冰期的环境中生长发育。蜗牛化石的研究结果显示MIS3时期黄土高原不同地区存在明显的区域性差异,与现今气候格局不同的是这一时期黄土高原存在更大的气候环境梯度。     

末次盛冰期和全新世大暖期浑善达克沙地边界的变化

本文在浑善达克沙地选取34个代表性沙丘-砂黄土剖面,利用光释光测年技术确定地层年龄,在野外考察、风沙动力学分析以及气候替代性指标测试的基础上,结合前人的研究,确定了浑善达克沙地在末次盛冰期和全新世大暖期的范围: 在末次盛冰期时,流沙南界到达镶黄旗-正镶白旗-正蓝旗-多伦一线,较现代沙地南界偏南约40km,沙地面积扩张约1.39×104km2,扩张了37% ; 在9~5ka时段的全新世大暖期,沙地普遍发育灰黑色砂质古土壤,植被覆盖良好,沙丘固定,流沙南界向北退缩约200km。末次盛冰期和全新世大暖期浑善达克沙地空间格局的变迁受控于东亚季风强度和有效湿度共同影响。     

青藏高原末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土边界变化的探讨

位于中低纬的青藏高原多年冻土是第四纪高原隆升和冰期气候叠加的产物, 与高纬多年冻土相比, 具有厚度薄和不稳定的特点, 对全球变化反应敏感。因此, 评价冰期-间冰期多年冻土扩张-收缩过程和其范围重建, 是研究高原环境变化的重要工作。本文依据青藏高原及周边地区温度数据和《中国冰川冻土沙漠图》, 对青藏高原现代大片多年冻土、岛状多年冻土和高山多年冻土分布进行恢复。依据来自冰川、冰缘和湖泊等证据, 采用末次盛冰期气温较现代低7℃, 全新世大暖期气温较现代高4℃, 进行末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土分布重建。重建结果表明: 末次盛冰期多年冻土扩张明显, 面积约为现代冻土面积的195%; 末次盛冰期大片多年冻土几乎覆盖整个高原, 岛状多年冻土向东扩张明显, 向西范围逐渐收缩变窄, 高山多年冻土在喜马拉雅山、祁连山和横断山脉等地区扩张明显。全新世大暖期多年冻土明显收缩, 面积是现代多年冻土的73%; 大片多年冻土收缩幅度较小, 岛状多年冻土在高原东南部收缩明显, 高山多年冻土在喜马拉雅山脉、祁连山脉、横断山脉等高海拔山地发育。     

冲绳海槽末次盛冰期孢粉组合的古环境指示意义

冲绳海槽西陆坡末次冰期的高沉积速率为高分辨率研究提供了良好的材料,DGKS-9602钻孔通过氧同位素年代对比,总长931cm的岩心保存了相当于氧同位素阶段1～3的沉积记录．孢粉分析的结果表明,OIS1和OIS三阶段松属花粉含量占优势,平均含量达65％以上,而OIS2阶段松属百分含量明显降低,草本植物花粉含量增加,超过50％．松属与蒿属等草本花粉间的相互消长指示了海平面的升降,并与氧同位素曲线的变化趋势相似．末次盛冰期中国东部大陆架覆盖的植被以草地为主,由于冲绳海槽在末次盛冰期时的绝大部分沉积物质与大陆架的剥蚀作用有关,来自长江中上游山地较远距离带来的物质和山地花粉相对减少．与中国东部尘土花粉结果对比发现,现代东海表层蒿属与禾本科比值（A／P）所指示的纬度正好与长江中下游平均纬度相当,而冲绳海槽末次盛冰期的A／P比值所指示的陆地环境比现代高7个纬度,证明末次盛冰期植被带南移,与前人陆地记录的结果相吻合．     

天津市北部尔王庄地区末次盛冰期下切河谷特征

渤海湾西岸尔王庄地区钻孔岩芯、微体古生物、孢粉及14 C测年等资料及联合地质剖面研究结果表明,末次盛冰期全球海平面下降使该地区形成下切河谷,冰后期海平面迅速上升引发的海侵造成古河谷的充填,依次形成河床相、河漫滩―河口湾相和三角洲相,与相邻的滦河扇三角洲下切河谷有差异,该下切河谷受海河水系控制,流向大致与古潮白河一致。其演化过程受海平面变化、构造运动和古气候等因素影响,经历了末次盛冰期深切、15～7ka BP海侵期间河床相及河漫滩―河口湾相的充填和之后海退形成的三角洲相埋藏等三个阶段。     

末次盛冰期中国海古地理轮廓及其气候效应

本文是联合国政府间海洋委员会西太平洋分委员会（IOC/WESTPAC）发起的“西太平洋古地理图编图计划”中国海部分的初步成果,用101个站位的14C测年和22个站位的氧同位素资料编制了本次盛冰期（20000-15000aB.P.）资料图、古地理图和古海洋图等三张图件。     

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下,首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP-AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况,然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO2浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应,进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明,末次盛冰期除华南局部略有升温外,中国年均地表气温显著降低,降温幅度总体上向北增大,青藏高原处存在一个降温中心。其中,SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因,它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低,特别是在东北亚地区;陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部;大气CO2浓度降低会引起东亚地区0.2～0.9℃的普遍降温;相对而言,东亚植被的降温作用（0.5～1.0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时,SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少,而大气CO2浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况,然而,上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少,西部地区降水则与现在差别不大。此外,末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化,冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。     

黄土高原末次间冰期气候的不稳定性特征

欧共体格陵兰冰芯计划(GRIP)中的冰芯资料揭示末次间冰期气候具有快速变化的不稳定性特征,而美国格陵兰冰盖计划(GISP2)却不曾发现其不稳定证据。本文通过黄土高原诸剖面的古气候代用指标综合分析认为,末次间冰期,特别是早期气候曾出现过较大幅度的气候波动,存在不稳定性特征,支持了GRIP结果,表明中国黄土含有极地北大西洋的气候信息,是全球变化研究的理想记录。      

南沙海区盛冰期的气候问题

南沙海区属于西太平洋暖池区,其盛冰期的表层水温变化涉及暖池在冰期旋回中的稳定性,因而具有全球性意义、本文根据十几个沉积柱状样的氧同位素与微体古生物分析结果,指出南沙海区盛冰期时夏季温度与全新世差别微小,而冬季水温强烈降低,使季节性温差高达６℃,明显超过同纬度的西太平洋开放水域。推测冰期时的冬季风强化,是造成这些变化的主要原因,同时也为热带海区冰期海面温度高、岛屿山地温度低的矛盾提出了一种新的可能解释。     

末次盛冰期以来陕北黄土高原的植被和气候变化

本文对黄土高原靖边和富县末次盛冰期以来的黄土沉积做了系统的孢粉分析.结果显示,末次盛冰期以来两地一直发育以蒿为主的草原植被,但植被组成在时间和空间上都有明显的差异.全新世早-中期植物种类比末次盛冰期丰富,沙漠植被减少,落叶阔叶树增加,表明气候变得温暖湿润.末次盛冰期靖边地区是以蒿、藜和其他菊科(非蒿属)为主的荒漠植被,...     

末次盛冰期以来中国北方干旱区演化及短尺度干旱事件

对中国北方干旱区329个古土壤和湖泊沉积物的14C年龄数据的时空分布及频数统计分析表明, 从末次盛冰期至冰消期, 我国整个干旱区受控于西风带;在全新世, 干旱区东部环境变化主要受控于东亚季风系统, 而其西部仍属西风控制区。全新世以来, 中国干旱区存在至少4次百年至千年级的干旱事件, 且干湿变化基本上与全球西风模式区的气候变化相反, 而与低纬非洲干旱区气候变化有很好的对应关系 。由于我国干旱区和非洲干旱区的干湿变化均受控于来自低纬热带海洋的夏季风的强弱, 因此　两区干旱事件的同时发生可能与低纬热带海洋的气候变化有关。同时, 本文利用14C年龄的时空分布和其它地质资料, 初步恢复了末次盛冰期和全新世最适宜期我国干旱区的沙漠分布状况。     

末次冰期东北地区食草动物群的演替及其环境意义

距今40ka年来东北地区大型食草动物记录显示, 该区末次冰期极盛期前后, 在冻土苔原大背景下可能经历了40ka B.P. 森林草原、34.3ka B.P. 疏林草原、30ka B.P. 森林草原、22ka B.P. 疏林草原、18ka B.P. 森林草原、17ka B.P. 疏林草原、14ka B.P. 无树干草原及11ka B.P. 疏林草原的演变过程, 环境最恶劣最干冷的时段似乎在14ka B.P. 前后。同时, 该哺乳动物组合曲线与气候变化、冰川波动及海面升降等研究结果具有很好的可比性。整个环境演变过程还可与陕西关中渭河流域的3个哺乳动物群(咸阳动物群、蒲城动物群和大荔动物群)所反映的环境演变过程相对比, 只是关中地区进入最干冷的无树干草原环境较早。研究认为, 之所以产生这种差异是由于地区地理位置的差别, 导致受东亚季风影响的强度不同, 因而进入盛冰期的时间也有或早或晚的差别。     

昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段记录的末次间冰阶千年尺度的气候波动

通过对昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段的年代测试、粒度参数(Mz和σ)以及主要氧化物(SiO2,Al2O3,TOFE(Fe2O3 FeO)和(Al2O3 TOFE)/SiO2比值)分析,并结合区域相关地层反映的古环境和腹足类化石指示的古生态,认为AQS3记录了末次间冰阶19个旋回的干冷与暖湿的气候波动。其中,15个具有千年尺度旋回的各个温暖期能够较好地与GRIP冰芯氧同位素曲线中的D-O事件在时代和气候性质上进行一一对比。可能是由于地处毗邻冰川山麓、加之海拔较高,故该层段粒度与主要氧化物显示的气候变动的幅度并不大,然而却相当敏感。不仅于此,这种千年尺度的温暖气候变化在昆仑山北麓及其近邻区域也有明显的表现。例如,在昆仑山北麓普鲁地层剖面中,指示暖干气候作用下形成的含石膏等盐类的砂土砾石层的TL年龄为距今31000年、45500～41600年、45900年和54500年,可以依次与GRIPδ18O中的间冰段D/O6,D/O12,D/O13和D/O15进行对比;在阿尔金山北麓,类似的并具有荒漠漆的砂土砾石层的TL年龄为37200aB.P.和59700aB.P.,分别相当于D/O9和D/O17间冰段;在塔克拉玛干沙漠腹地的高阶地(海拔1310m),可能代表了剧烈升温的气候背景下,环塔里木盆地四周高山冰雪大量消融导致的塔克拉玛干沙漠腹地的"大湖期",其日历年为33197aB.P.,与GISP2冰芯氧同位素曲线在33000aB.P.的暖阶段相当。发生在昆仑山北麓及毗邻区域AQS3时期若干温暖阶段的地层学证据以及其在时间上能够与GRIP和GISP2冰芯氧同位素曲线相关暖峰的耦合,表明由阿羌剖面末次间冰阶粒度和主氧化物峰谷变化反映出来的多次冷暖波动,其根本原因还是受到北半球D/O振荡的强烈影响。     

青藏高原地区过去2000年来的气候变化

依据冰芯、树轮、沉积物分析和冰川波动等各单点古气候代用资料,以及重建的综合温度变化曲线,分析了近 2000年青藏高原温度变化的整体性和区域性特征。全青藏高原综合温度曲线显示中世纪暖期（1150-1400年）、小冰期（1400-1900年）以及公元 3～5世纪冷期的存在。青藏高原温度变化具有明显的区域性特征。在 9～11世纪,青藏高原东北部以温暖为特征,而青藏高原南部和西部表现为寒冷。青藏高原南部和西部分别于1150-1400年（此时段在高原东北部表现为弱暖期）和1250-1500年经历了气候变暖。与中国东部文献记录的最新综合研究结果比较,高原东北部与中国东部的温度变化最为一致。而且,许多重大气候事件,如1100-1150年、1500-1550年、1650-1700年和1800-1850年的冷事件在高原和中国东部同时出现,而后 3次冷期与小冰期期间中国西部发生的冰川前进相匹配。     

末次冰期以来中国季风区西北边缘沙漠演化研究

我国季风区西北边缘的沙漠是全球中纬度敏感带的重要组成部分.本文选取区内的毛乌素沙地、共和沙地和腾格里沙漠,通过对末次冰期以来地层年代学、沉积相和地层空间分布的研究,重点探讨了末次冰期和全新世时期两个特征时段的沙漠演化.其中末次冰期是沙漠的持续发展、扩张期,奠定了沙漠的空间格局;全新世早期沙漠总体趋于固定、缩小,中期沙漠大部处于固定、缩小状态,晚期沙漠有所扩大,但未达到末次冰期的最大规模.