近2000年来气候环境变化的冰芯记录研究

文章通过对古里雅冰芯中δ＾１８Ｏ，冰川积累量和Ｃａ等指标的研究，恢复了过去近２０００ａ来气候环境的变化。作为温度指标的δ＾１８Ｏ反映了过去近２０００ａ来气候在冷暖波动中逐渐变暖的趋势。作为降水指标的冰川量反映出降水变化具有和温度变化相似的牲即降水在增减波动显示出逐渐增大的趋势。     

一款可获取大直径冰芯的钻机——蓝冰钻

蓝冰钻（BID,Blue Ice Drill）是一款大直径、便携式钻机系统,由美国麦迪逊-威斯康辛大学冰钻设计与操作团队研发,可以从近地面的钻点快速获取直径241 mm、无污染的冰芯样品.蓝冰钻的主要组成部分如下：1）下井电机/齿轮减速器：带动冰芯钻刀和外管内的芯管旋转,以便高效运送切割下来的固态冰;2）变频驱动器及配套的控制箱,管理钻机的输入电源;3）安装在反扭杆两侧的把手,在地面以上时起到反扭作用;4）冰芯回收工具：回收冰芯不是通过钻头上的卡刀,而是由独立的冰芯回收工具完成;5）其他附属设备：所有的下井设备通过在绞车上运行的绳索,悬挂在一个可折叠的三脚架上.蓝冰钻系统最少可由两个人操作,并已成功在南极Taylor冰川蓝冰区完成两个工作季.本款钻机系统的升级版本——深蓝冰钻（BID-Deep）,目前已经完成设计,获取冰芯深度可至200 m.     

轨道及千年尺度上大气CO2浓度与温度变化的时序关系

大气CO2浓度与温度变化的时序关系是第四纪古气候研究的基本问题之一,对于理解目前人类所面临的气候变化问题具有参考价值。两极地区的冰芯既保存了气候变化的信号,也是大气CO2浓度的良好记录载体,为研究大气CO2浓度与温度变化的时序关系提供了重要线索。利用冰芯来重建过去的气候和大气CO2浓度的变化历史最早始于格陵兰地区,但是重建结果的时间跨度较短,目前最长的记录还未能跨越末次间冰期;而且,格陵兰冰芯内沉积了大量的碳酸盐粉尘,它们会与冰芯气泡内的酸发生化学反应生成额外的CO2,从而导致格陵兰冰芯重建的气泡CO2浓度偏差较大,不能真实地反映当时的大气CO2水平。南极冰芯是目前关于大气CO2浓度与温度变化时序关系研究的主要载体,利用大量的冰芯记录建立的冰层年代标尺已经较为精确,但是由于冰芯气泡的锁定深度较难得到精确的估算,使得重建的大气CO2浓度的年代标尺还存在较大的不确定性,这是二者之间的时序关系问题难以解决的最主要因素。此外,随着大量高质量古气候记录的不断积累,更大空间范围(不再局限于南极地区)内的温度变化与大气CO2浓度的时序关系研究在近年来得以开展,但其分析结果受数据处理方法的影响较大,还需要进行更多的对比探索。     

冰芯对于过去全球变化研究的贡献

系统地总结了冰芯在揭示过去气候环境变化、太阳活动、温室气体、火山活动、人类活动等方面研究所取得的成就,着重对一些有争议的重大问题(如Younger Dryas事件、温室气体与气候变化之间的关系、南北半球气候变化之间的关系等)进行了论述,并对其中个别问题提出了可能的解决途径.指出冰芯微生物、冰芯环境磁学将是冰芯研究的新方向.     

甘肃临夏黄土剖面：15万年环境演变的良好记录

历经15万年的甘肃临夏北塬黄土剖面,沉积速率大、古土壤序列完整。特别是在距今14—8万年的末次间冰期形成的三层古土壤,末次冰期间冰段形成的数层弱成土型古土壤,其特征优于其它黄土剖面。对北塬剖面磁化率、孢粉、粒度、地球化学特征的综合研究表明,该剖面完整地记录了15万年以来的环境变化,为检验以往从大陆冰盖和深海沉积中得出的环境变化模式提供了途径。     

可可西里马兰冰芯记录的20世纪净积累量变化及其与太阳活动关系研究

通过青藏高原可可西里马兰冰芯记录,重建了 1887～1998年时期的净积累量变化,揭示出在研究时段内其变化呈弱的上升趋势。谱分析结果表明,马兰冰芯净积累量变化存在10.8a的显著周期。这表明太阳黑子活动对马兰冰芯净积累量变化存在一定的影响。统计分析发现,在20世纪80年代中期之前马兰冰芯净积累量变化与太阳黑子相对数变化之间存在显著的负相关关系,而在20世纪80年代中期之后却呈正相关关系。     

NEEM计划2537.36m透底深冰芯的钻取与成果概述

NEEM(格陵兰北部Eemian冰芯钻取)计划是目前最重要的国际冰芯研究计划,来自14个国家超过300名的科学家参与,目标是获得130～115ka BP甚至更古老的Eemian间冰期的透底冰芯和气候信息;此冰芯长达2 537.36m,最后2m冰芯含有数十万年的基岩和其他物质.介绍了NEEM计划深冰芯的钻取背景和NEEM计划概况,以及NEEM计划获取的成果,并详述我国科学家在2010年度深冰芯钻取过程中取得的认识.     

从格陵兰获取的完整冰期旋回的第一支甲磺酸盐和硫酸盐的冰芯记录

冰芯中的甲磺酸盐作为过去海洋逸出的二甲基硫化物的可能示踪剂已引起了注意。除了硫酸盐以外，ＭＳＡ是ＤＭＳ的第二个重要的气溶胶氧化产物，但与硫酸盐对比，ＤＭＳ氧化是ＭＳＡ已知的唯一来源。Ｃｈａｒｌｓｏｎ等提出的海洋浮游植物逸出的硫影响云反照的气候反馈机理的假说，增加了建立跨越大的气候变化的ＭＳＡ和非海盐硫酸盐长期记录的兴趣。     

南极冰川学的发展、热点及展望

南极地区自然界现存的冰雪体,是南极冰川学研究的对象。南极冰雪体及其变化对全球水体的分布和循环以及气候、环境演变具有十分重要的影响,因而使南极冰川学研究不仅在南极科学中处于主要地位,而且在全球变化研究中举足轻重。 南极冰盖巨厚的冰雪内保留有数十万年乃至上百万年地球环境和气候变化的详细记录,冰芯综合研究受到高度重视。目前,南极冰川学正在向大尺度宏观方向和冰体内部微观方向两个方面迅速发展,涉及的学科更加广泛。其热点为:1、冰盖的物质和动态平衡——海平面和气候变化;2、冰芯综合研究。 中国南极研究起步较晚,南极热的兴起仅是最近十年的事情,总体水平与国际先进水平相比存在较大差距。为此,笔者提下列几点建议:1、南极冰川学是一门国际性很强的学科,其研究工作只能从横向与各国同行相比,要求研究内容具有国际水平;2、为接近和达到国际水平,需要培养一批年富力强、德才兼备的南极冰川学科研骨干队伍;3、抓紧建设南极冰川学实验室的建设;4、切实加强国内各部门、各学科之间的联系和合作。     

祁连山敦德冰芯氧同位素剖面的古气候信息探究

冰芯δ~（１８）Ｏ剖面的古气候研究一直是基于大气降水同位素组成的温度效应，即冰芯δ~（１８）Ｏ值与气温呈正相关关系。我国大气降水的同位素组成研究结果表明，在亚洲季风区，由于夏季风带来贫重同位素的暖湿气团，使得季风气候区夏季雨水的δｓ值低于冬季的δｗ值，δｓ－δｗ＜０，正好和温度效应预测的相反。因此，我国季风气候区冰芯的δ~（１８）Ｏ曲线主要反映古季风的盛衰进退，即冰芯的低δ~（１８）Ｏ值对应的是夏季风盛行，气候转暖，降水量增加，夏季风前锋北移；冰芯的高δ~（１８）Ｏ值则对应夏季风强度减弱，气候转冷，降水量减少，夏季风前锋南移。用上述季风气候模式解释敦德冰芯的百年、千年、万年三个不同时间尺度的δ~（１８）Ｏ剖面，所得结果与已知的全新世古气候事件吻合。根据敦德冰芯δ~（１８）Ｏ剖面提供的古气候信息，全新世大致可分成三段四期：１０６００－７１００ａＢ．Ｐ．为早全新世，与末次冰期相比，夏季风逐渐增强，气候转暖；７１００－４０００ａＢ．Ｐ．为中全新世的前期，夏季风盛行，气候暖湿；４０００－１７００ａＢ．Ｐ．为中全新世的后期，此时夏季风退缩，气候偏干冷；１７００ａＢ．Ｐ．至今为晚全新世，其间１７００－７００ａＢ．Ｐ．夏季风强度     

小冰期以来敦德冰芯中微粒含量与沙尘暴及气候的关系

Determination of microparticles, including >2.0 μm, 2.0～2.5 μm and >5.04 μm in diameter, since the Little Ice Age in the Dunde ice core is presented. Three increasing and three decreasing periods are distinguished since 1400 AD. Among them, the greatest one was from the end of the 17th Century to the early 18th Century. Microparticle concentration variation corresponds to climate change. The higher the microparticle concentration is, the colder and drier the climate is; the lower the microparticle concentration is, the warmer and wetter the climate is. A comparison of microparticle concentration and sand-dust storm frequency indicates that there exits a good relationship. Most of the material deposited on the Dunde ice cap is thought to have originated in the surrounding arid and semi-arid areas, probably transported into the Qilian Mountains by sand-dust storms. When microparticle concentration appears in special values, sand-dust storms would happen.     

冰芯与寒区环境开放研究实验室的回顾与展望

History and current situations of ice core research in China are reviewed following the establishment of the Laboratory of Ice Core and Cold Regions Environment, CAS. At present, three research foci are mainly carried out in the laboratory, namely: (1) Interaction between glacier and atmosphere; (2) Ice core records; (3) The physics of snow and ice. Within the passing several years. over forty projects have been finished or are being carried out. and about 300 papers were published in various international or domestic scientific journals and 9 monographs were published too. The research results have been awarded two first-class prizes by the Chinese Academy of Sciences, one third-class national prize. and one fourth-class national prize. Intensive cooperation with authoritative research institutions has contributed much to the laboratory. which will be continuously emphasized in the future.