基于历史文献的华南地区气候变化研究进展

总结和分析了利用历史文献代用资料重建具有代表性的华南气候序列（包括温度变化和降水/干湿变化序列）的状况,认为华南地区历史时期气候变化研究虽已取得丰硕成果,但存在时间分辨率较低、空间范围宽泛、数据的统一性和可靠性较差,以及缺乏气候变化的相关机制和气候变化周期研究等方面的问题,指出应进一步挖掘华南地区高分辨率气候代用资料（历史文献）,提升气候变化研究的时间分辨率和空间覆盖度、加强重建序列的可靠性、增加其周期性和趋势性分析等是解决该地区气候变化研究问题的有效途径。     

过去2000年中国气候变化研究的新进展

回顾过去2000年中国气候变化的研究历史,总结了本领域在最近10年的新成果,并对未来研究动向进行了展望。主要内容包括：代用证据采集、过去2000年温度序列重建与冷暖期辨识、降水及干湿序列重建与变化特征分析、过去千年气候变化模拟与机制诊断、历史气候变化影响分析等。主要进展体现在：加密了中国气候变化代用资料的空间覆盖度,提升了2000年气候变化序列重建、资料分析和影响辨识等研究的定量化程度,深化了对中国过去2000年气候在年代—百年尺度的变化特征及其形成机制与影响的认识。为进一步揭示地球系统的变化规律,特别是更深入认识中国气候的时空变化规律提供了更好的基础。     

过去2000a中国和北半球温度变化及其外部强迫因子重建研究进展北大核心CSCD

对过去2 000a气候变化的研究是解决20世纪气候变暖归因问题的关键途径之一,近年来取得了重要进展。从北半球和中国区域温度变化重建、外部强迫变化及其对温度影响等方面回顾了过去2 000a气候变化的研究历程,论述了代表性的研究成果并总结了新的科学认识。主要认识有:(1)在十年至百年尺度上,过去千年北半球中高纬地区的夏半年温度变化基本同步;(2)在百年尺度上,太阳活动在北半球温度变化中可能扮演了重要角色,而在年际到十年尺度上火山活动是北半球温度变化的主要驱动因子,但频繁的大型火山喷发事件也会造成百年尺度上气候冷暖平均态的转变;(3)温室气体是工业革命以来气候变暖的主导因素之一,但其中的年代际波动受到气候系统内部变率的影响。今后,将模拟与重建结果结合起来量化各驱动因子对气候变化的影响,进而揭示气候变化的机制是过去2 000a气候变化研究的热点。     

北极地区20世纪温度变化趋势的不确定性

北极作为地球的冷源之一,对于地球气候系统起着重要的调节作用.本研究通过分析和总结北极地区器测数据和模拟集成结果,以及最近2 000 a来的温度记录,得出如下结果：1）格陵兰冰盖表层大气温度记录显示,20世纪存在1923—1965年和1994年—至今2个相对温暖时段,且前者更为温暖,温度变化幅度远大于北半球的平均温度.2）北极地区20世纪温度上升是客观存在的,其夏季温度和年平均温度呈现一致变化,未发现明显的温度异常信号.3）定量重建的古气候记录显示了北极地区20世纪升温的特征,但不同记录揭示的升温幅度存在差异.与器测结果不同,多条重建记录未能揭示自1994年至今的升温阶段,反映了古气候载体对气候响应的复杂性,揭示出北极地区未来气候变化趋势存在不确定性.在全球变化备受关注的背景下,北极地区对气候变化研究的重要性日益显现,在做出明确结论之前,需要进一步加大研究力度.     

中国18世纪以来的气候变化

本文内容包括(1)主要历史时期(18世纪以来)气候变化研究综述;(2)重建18世以来我国北方地区的降水序例;(3)18世纪以来气候要素(降水、气温)的特征分析。首次采用了“雨雪分寸”这份气候代用资料来重建气候序列,选用了一种新的降水反演方法以减少传统统计方法的随意性和误差。     

中国中世纪暖期气候研究综述

中世纪暖期是2000年来全球最重要的气候事件之一,关于中世纪暖期的研究,主要是通过各种代用资料重建气候序列。从目前的研究来看,能敏感响应环境变化的高分辨率的信息载体主要有冰芯、树轮、历史文献、湖泊沉积及石笋等。随着代用资料的开发,对于中世纪暖期的研究已经取得了丰硕的成果,但在中世纪暖期是否具有全球性,不同区域的起讫时间、增温幅度、内部波动以及成因机制等问题上还存在一定争议。主要原因是受重建资料敏感性与地域性限制,加上不同代用指标对气候变化敏感性的差异以及不同代用资料的方法、气候与环境意义等存在差异,定年存在误差。在中国,从对重建资料的整理分析来看,对于"中国是否存在中世纪暖期"这个问题,各研究者们没有达成一致的看法;对于中国中世纪暖期冷暖变化的研究,由于区域差异,东部重建资料以历史文献为主,而西部关于历史气候环境的相关记载很少,所以重建资料以冰芯、湖芯、树轮等为主。大多数的研究结果认为,西部的冷暖变化与东部有着明显的差异,其中最主要的是东部在900~1300 A. D.存在明显的温暖期,而西部则暖期不如东部明显。今后为了更加全面深入的了解中世纪暖期气候特征,应加强各种代用指标高分辨率序列的积累和定量化研究、各种代用指标和重建序列的综合集成研究及其与古气候模拟结果的比较研究,以期从动力学角度加深理解中世纪暖期的区域响应差异。     

清代东蒙农业开发的消长及其气候变化背景

利用档案史料、建置沿革史研究成果等提取信息,建立历史代用指标序列,对清代（1644～1911）内蒙古东部地区农业开发的时空进程进行描述,结合当地农业气候资源条件（温度、降水）及清代气候变化（温度）探讨其中的气候因素。结果显示：（1）清代东蒙农业开发集中在现代年均≥10℃积温2500℃、降水量400mm以上区域之内;（2...     

过去2 000年中国东南地区气温与降水的集成重建与分析

筛选和利用中国东南地区（大致范围为105o E以东、30o N以南）16个站点的多种气候代用指标序列,重建了东南地区过去2 000年以来的气温与降水变化过程,并探讨了其可能的影响机制。研究发现,东南地区气温集成序列与其他学者重建的中国温度序列、北半球温度序列等均具有较好的可比性,一些百年尺度的典型特征气候时期,如黑暗时代冷期、中世纪暖期、近代小冰期以及20世纪现代暖期等均有显著的体现;降水集成序列显示东南地区在过去2 000年中干湿阶段性变化较为明显,特别是在中世纪暖期时降水整体上较为偏多,而在小冰期的前半段降水偏少、后半段降水偏多。总体来看,近2 000年来我国东南地区的气温与降水变化经历了较为多样的水热组合过程。值得指出地是,东南地区降水集成序列与已有的中国北方地区多条降水重建序列相互间可比性较弱,反映了中国东部季风区由南到北降水变化及其影响机制具有很大的区域性差异。分析认为,大尺度海—气相互作用、火山活动以及太阳辐射量变化等对我国东南地区过去2 000年的气候环境变化具有显著影响。     

过去2000年亚洲气候变化(PAGES-Asia2k)集成研究进展及展望

介绍了国际过去全球变化研究计划(PAGES)过去2000年气候变化研究网络的设立背景、研究目的及亚洲在其中的独特性;总结了过去2000年亚洲气候变化(PAGES-Asia2k)集成研究的主要进展及中国的贡献,分析了当前在亚洲区域开展该项研究的主要问题及难点,并对未来研究进行了展望。亚洲历史悠久,高分辨率的代用资料丰富,是开展过去2000年气候变化研究的理想区域,但目前尚处于起步阶段。已有进展表明:在过去1200年中,亚洲830-1220年相对温暖,1340-1880年明显寒冷,20世纪则快速增暖;但亚洲气候类型多、变化过程复杂、区域差异大。因此,发展气候序列重建的新技术方法,提高重建序列的时、空分辨率、空间覆盖度和重建结果的精度,建立亚洲过去2000年气候代用资料数据库,集成重建过去2000年区域温度变化序列及干湿变化空间型,进而开展区域气候变化驱动机制与气候变化影响及适应研究,是该计划下一步的研究重点。     

过去2000年中国气候变化研究

总结了中国科学院地理科学与资源研究所在过去2000年中国气候变化研究方面的主要进展,并对未来研究动向进行了展望。在过去10余年中,中科院地理资源所的历史气候变化研究在已有基础上,面向国际本领域研究的前缘科学问题,开展了大量研究工作,在代用资料的收集、整理与数据库建设,温度与降水变化重建以及气候变化的时空特征分析等方面取得了许多新成果。未来不但需要进一步利用历史文献、树轮等气候变化重建手段,加强高分辨率的气候变化重建工作,加密气候变化代用资料的空间覆盖度,并结合历史气候模拟等手段,深入开展气候变化动力学机制研究;而且还需要进一步利用地理资源所在本领域已积累的研究优势,开展历史时期的气候变化与人类相互作用等方面的研究。     

A NEW RECONSTRUCTION OF TEMPERATURE VARIABILITY IN THE EXTRA‐TROPICAL NORTHERN HEMISPHERE DURING THE LAST TWO MILLENNIA

A new temperature reconstruction with decadal resolution, covering the last two millennia, is presented for the extratropical Northern Hemisphere (90–30°N), utilizing many palaeo‐temperature proxy records never previously included in any large‐scale temperature reconstruction. The amplitude of the reconstructed temperature variability on centennial time‐scales exceeds 0.6°C. This reconstruction is the first to show a distinct Roman Warm Period c. ad 1–300, reaching up to the 1961–1990 mean temperature level, followed by the Dark Age Cold Period c. ad 300–800. The Medieval Warm Period is seen c. ad 800–1300 and the Little Ice Age is clearly visible c. ad 1300–1900, followed by a rapid temperature increase in the twentieth century. The highest average temperatures in the reconstruction are encountered in the mid to late tenth century and the lowest in the late seventeenth century. Decadal mean temperatures seem to have reached or exceeded the 1961–1990 mean temperature level during substantial parts of the Roman Warm Period and the Medieval Warm Period. The temperature of the last two decades, however, is possibly higher than during any previous time in the past two millennia, although this is only seen in the instrumental temperature data and not in the multi‐proxy reconstruction itself. Our temperature reconstruction agrees well with the reconstructions by Moberg et al. (2005) and Mann et al. (2008) with regard to the amplitude of the variability as well as the timing of warm and cold periods, except for the period c. ad 300–800, despite significant differences in both data coverage and methodology.     

重庆新崖洞4.5ka以来气候变化的石笋微量元素记录及环境意义

根据重庆新崖洞石笋XY6已有的碳氧同位素成果,进一步探讨微量元素指标(Mg/Ca,Sr/Ca,Ba/Ca及Mg/Sr)的气候及环境意义。认为Mg/Ca比值可以作为古降水的气候指标,极好地记录这4 500 a来的气候干湿变化,尤其对4 000 a B.P.左右的季风降水减少有明显的响应。此外,Mg/Ca与碳氧同位素记录反映的气候信息也基本一致。Sr/Ca和Ba/Ca与Mg/Ca比值的变化也有相似性,但其作为气候指标的稳定性较差,易受到地表植被、土壤微生物活动等众多因素的干扰。     

北半球过去2000年气温变化的多尺度分析

对北半球过去2000a重建气温变化的多尺度分析,发现:(1)北半球过去2000a气温变化存在准6a、准11a、准21a、准43a、准86a、准247a、准914a等7个不同时间尺度的波动,并且以年际变化、年代际变化和近千年周期为主,不只是在数百年尺度上受太阳活动的驱动,在数十年尺度上也受到太阳活动的影响;(2)北半球在中世纪暖期波动幅度较小,小冰期气温振荡幅度相对较大,1400~1800A.D.这400a间是北半球最寒冷的时期;(3)在未来的几十年里,北半球气温的自然波动将极大地减低因人类活动而导致的全球气候变暖效应。     

树轮密度对气候的响应及重建研究进展

树轮密度是重建过去气候变化的重要代用指标。过去几十年,国内外学者针对树轮密度开展了大量的研究工作,取得了丰硕的成果。论文收集了国内外有关树轮密度的研究文献,从树轮密度对气候变化的响应和气候重建等方面进行了概述。尽管树轮密度对气候变化的响应可能受到样点的地理位置、地形(如海拔、坡向等)、树种等因素的影响,但湿冷地区树轮晚材最大密度能较好地反映生长季或生长季末期温度变化;而干旱地区的早材平均密度能揭示生长季早期的降水变化。因此,目前大多数研究以重建生长季或生长季末期温度为主,也有重建降水量、海平面气压变化的案例。此外,重建方程的方差解释量存在空间和树种间的差异,但这些差异需要更多的研究工作加以验证。最长的重建序列来自于欧洲,长达2018 a;国内基于树轮密度重建的最长温度序列来自于西南地区,长达449 a。另外,树轮密度序列在对温度响应的分异性问题以及评估强火山喷发的降温效应方面还存在争议。其争议源于树轮密度与温度关系还受到其他环境变量与人为因素的影响,因此今后研究还需关注树轮密度与降水、光照等其他气候变量的关系,同时也要注重树种、海拔、实验方法等非气候因子的影响。     

新疆天山黄土GDGTs重建的全新世温度逐步升高及其可能意义

全新世温度变化是理解现代变暖和预测未来温度变化的重要依据,但目前根据地质记录重建的温度变化趋势与气候模拟重建的温度变化趋势存在显著矛盾。依据已经建立了可靠年代的新疆天山北麓鹿角湾全新世黄土-古土壤序列（LJW10剖面）,选取4个重要时段的黄土-古土壤样品,开展支链GDGTs（br-GDGTs）测量,采用国际上新提出的GDGTs分析方法和MBT'_5ME指标,重建了该剖面全新世以来年均温度变化的初步框架。结果发现,采用新的MBT'_5ME指标重建的表层样品的温度更接近现代气象记录的实际温度,利用国际新的GDGTs分析及计算方法重建的全新世温度自早全新世以来逐步升高,与已有气候模拟重建的全新世温度变化趋势一致。应当指出的是,本文只是使用新GDGTs分析方法和MBT'_5ME指标重建全新世温度变化的初步探讨,今后不但需要开展研究方法的进一步探讨,而且需要开展更高时间分辨率和不同区域黄土-古土壤记录的GDGTs温度重建研究。     

云南寻甸地区全新世中期气候变化模式研究

通过对云南寻甸白石岩仙人洞1号石笋(XR1)进行TIMS-U系测年和氧碳同位素分析,揭示了该区全新世中期氧碳同位素气候演化的模式。依据石笋不同时段有机碳含量的变化,重建了基于石笋有机碳指标的气候变化模式。通过对比,发现这两种指标所记录的寻甸地区古气候变化过程几乎完全一致。云南寻甸地区全新世中期的气候演化可分为3个气候期:1)8 000—5 600 aBP为温暖湿润期,气温较高,降水丰沛,石笋的氧碳同位素偏负,有机碳含量偏高;2)5600—4500 aBP为气候突变期,气候由温湿变为冷干,石笋氧碳同位素持续偏正,有机碳含量持续降低;3)4500—2100 aBP为冷干气候期,该期气候稳定,氧同位素和有机碳含量变化不大,均维持在较低水平。     

季风区边缘近500年的降水变化特征

基于武都万象洞高分辨率石笋δ¹⁸O和高精度²³⁰Th定年数据,结合利用周边地区史料恢复的旱涝指数序列,重建季风区边缘近500 a以来降水变化。结果显示:在年际至百年时间尺度上,万象洞石笋δ¹⁸O变化指示亚洲季风带来的降水量信息。季风区边缘降水变化可分减弱期(1470~1700 A.D.)、平稳期(1701~1875 A.D.)和增强期(1876~2003 A.D.)三个气候段,其间季风降水的强弱变化响应史料记载的极端旱涝事件。在小冰期向20世纪暖期转换过程中,本区呈现阶梯式过渡降水模式,这是一种较大空间尺度上气候特征,在年代际至百年时间尺度上与北半球温度、中国温度变化具有同步性。