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。     

中世纪暖期气候研究综述

中世纪暖期是过去2 000 a以来最为重要的一个时期。该温暖事件是否具有全球性特征,其变化是否具有同步性,温度和降水变化的幅度如何?依据大量的研究成果,虽然对中世纪暖期的气候变化不甚清楚,我们仍然认为这一事件很可能是全球性的,而非区域性的。各种证据表明该时期的温暖程度不及20世纪,而且中世纪暖期表现出不连续的特征,降水也存在区域差异,这主要是因为降水和温度有着不同的响应自然驱动的物理特性。大量重建和模拟显示,诸如太阳辐射和火山作用的自然因素可以解释这一时期的大部分气候变化特征,但气候系统内部的相互作用是不能被忽视的。因此,将内部因素和外部因素联合起来揭示气候变化的机制就显得非常重要。     

中世纪暖期南北半球气候变化特征与成因的模拟对比

利用通用地球系统模式CESM过去1500年气候模拟试验结果,对比分析中世纪暖期南、北半球气候变化特征及成因,对认识南、北半球暖期气候变化规律及其与外强迫变化的关系有重要科学意义。结果表明：中世纪暖期全球及南、北半球总体是变暖的,但仍存在峰谷变化,高纬地区增温幅度大于低纬地区,北半球中世纪暖期比南半球更为明显,其距平变幅也大于南半球。全球降水距平基本为正,南、北半球降水变幅基本相当,降水变化显著区域集中于低纬地区。太阳辐射是影响中世纪暖期全球及半球气温变化最显著的因素,火山活动对北半球气温变化也有较显著的影响。从全球尺度来看,降水由太阳辐射和火山活动共同影响,其中太阳辐射影响最为显著,但从半球尺度来看,火山活动是影响半球降水的重要因素。     

海南岛双池玛珥湖沉积正构烷烃记录揭示的中世纪暖期气候环境特征

对采自海南岛双池玛珥湖的沉积岩芯（SCH17-04）进行了加速器质谱法（Accelerator Mass Spectrometry,AMS）14C测年和正构烷烃组成的实验分析,据此探讨了中国热带北缘地区约775—1550年间的气候环境特征。结果表明,SCH17-04岩芯正构烷烃记录揭示了该湖沉积的有机质主要来自于陆生高等植物,也包含部分水生植物和菌藻类植物的输入;利用正构烷烃相关组分的比值发现,在中世纪暖期（Medieval Warm Period,MWP,约950—1350年）时,研究区草本植物比例明显增大,木本植物占比相对偏小,揭示出地处热带北缘的海南岛地区在中世纪暖期气候环境总体上较为偏干,而在黑暗时代冷期（Dark Ages Cold Period,DACP）晚期（约775—950年）和小冰期（Little Ice Age,LIA）早期（约1350—1550年）,海南岛地区气候环境相对较为偏湿。区域对比分析发现,双池玛珥湖沉积正构烷烃记录与同处热带地区的雷州半岛湖光岩玛珥湖沉积、西沙群岛东岛湖泊沉积以及来自泰国的石笋记录等较为一致,都揭示了一个气候相对较为偏干的中世纪暖期,这可...     

千百年尺度祁连山地区干湿变化对暖期的响应

全球升温导致区域干湿格局转变,千年尺度中全新世暖期和百年尺度中世纪暖期可以为探究现代的气候趋势提供历史相似型。通过湖相沉积、冰芯、孢粉、树轮等古气候记录和PMIP3/CMIP5计划的古气候模型模拟数据对比分析,结果表明,祁连山地区中全新世暖期（7.2—6.0 ka BP）东亚夏季风强盛,降水较多,气候温暖湿润;中世纪暖期（950—1250 AD）与小冰期表现为暖干—冷湿气候机制。现代观测数据显示,祁连山地区呈现暖湿化,但现代的气候机制与自然因子主导下暖期的响应机制差异较大,表明了人类活动对自然发展下气候环境的影响。因此,自然因素与人类活动共同作用是准确预测研究区未来干湿格局的基础。     

过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期

根据近年国内外相关研究结果,分析了北半球与中国过去2000 年冷暖变化的阶段性,辨识了百年尺度暖期的起讫年代及其与20 世纪温暖程度的差别。结果表明:(1) 最近新建的多数北半球温度变化序列显示公元1-270 年温暖;271-840 年冷暖相间,但总体偏冷;841-1290年温暖;1291-1910 年寒冷;1911 年以后再次转为温暖;这些冷暖阶段虽分别与Lamb 指出的罗马暖期(约公元前1 世纪-4 世纪中期)、黑暗时代冷期(约4 世纪末-10 世纪前期)、中世纪暖期(约10 世纪中期-13 世纪末)、小冰期(约15-19 世纪) 以及20 世纪增暖大致对应,但各阶段的起讫时间与Lamb确定的时段存在一定差别。(2) 尽管过去2000 年冷暖变化过程及其变幅大小在中国境内各个区域间并不完全一致,但从全国平均看,中国与北半球百年尺度的冷暖波动阶段基本一致,仅起讫年代存在一定差异;其中公元1-200 年、551-760 年、941-1300 年及20世纪气候相对温暖,其他时段则相对寒冷。(3) 多数序列显示中世纪期间北半球的温暖程度至少与20 世纪相当。中国941-1300 年间的最暖百年和最暖30 年(暖峰) 的温度也略高于20 世纪,551-760 年间的最暖百年与20 世纪基本相当,但1-200 年间最暖百年的温暖程度则较20 世纪略低。     

内蒙古中西部地区全新世大暖期气候与环境初步研究

以大青山调角海子剖面的孢粉和地球化学分析资料为依据,结合邻区古土壤序列,湖泊演化及考古研究资料,阐明内蒙古中西部地区全新世气候最适宜期始于９２５０ａＢ．Ｐ．左右,结束于４０００ａ,Ｂ．Ｐ．前后,６３３０ａＢ．Ｐ．前后出现大暖期植被与气候变化的重要转折;     

中国全新世暖期降水格局的集成重建

根据国内外公开发表的各类文献,搜集整理中国全新世暖期6.5~5.5 ka B.P.的定量古降水记录,采用空间集成重建方法对原始记录进行重复记录归并和空间集成分析,获得271个地点的有效降水记录,据此重建中国全新世暖期的降水格局。结果表明:全新世暖期,中国年降水量普遍高出现代50~300 mm;降水绝对增幅以长江中下游地区最大,增加250~300 mm,向南北递减,东南沿海约增加100 mm,至西北地区只增加约50 mm;相对增幅从东南沿海向西北内陆递增,东南沿海仅高出现代的15%~25%,西北及青藏高原地区可高出现代1倍左右。     

中国中世纪气候异常期温度的多尺度变化特征及区域差异

中世纪气候异常期（MCA,约950-1250年）是地球气候变化史上距今最近的长达数百年的典型温暖气候阶段,因此常被作为研究温暖气候及其影响与适应问题的主要历史相似型而备受瞩目。综合利用近年所发表的长度超过千年的中国4个区域（东北、西北、东中、青藏高原）高分辨率气候变化重建结果,结合历史文献的冷暖记载,采用集合经验模态分解的方法,对MCA期间中国温度的年代—多年代—百年尺度波动特征及其区域差异进行了分析。结果显示：从全国总体看,尽管在12世纪中后期存在数十年的相对冷谷,但在百年尺度上,10-13世纪是过去2000年中持续时间最长的显著暖期,且这一温暖期的起讫时间和温暖程度存在区域差异。各个区域温度变化序列的集合经验模态分解表明：在准30年尺度上,950-1130年间中国区域的温度波动位相基本同步;但在其后的1130-1250年,各区温度波动幅度变小,也存在位相差异。在准百年尺度上,各个区域均自10世纪前期起显著转暖,在MCA期间总体温暖背景下,出现2次冷波动;但除西北与东中部在整个MCA期间的百年尺度温度变化基本同步外,东北和青藏高原地区在MCA期间与其他区域存在显著的波动位相差异,且其温暖气候结束时间也较西北与东中部早40~50年。在百年以上尺度的趋势变化上,东北部和东中部2个区域均显示MCA和其后出现的小冰期（LIA）2个阶段温度差别较显著,而西北、青藏高原2个区域则均显示MCA和LIA的阶段温度差别不大。综合各种尺度的波动特征显示：MCA温暖程度在东中部与20世纪相当,在东北部较20世纪略低,在西北和青藏高原则显著低于20世纪。     

新疆气候由暖干向暖湿转变的信号及影响

目前的全球气候变暖导致了水循环加快，尤其干旱区水循环加快更加明显，降水和蒸发增加。自19世纪末小冰期结束以来，新疆呈现出了与全球一致的变暖趋势，气候环境基本处于暖干状态之下。1987年起新疆出现了气候转向暖湿的信号，尤以天山西部地区为强劲。降水量、雪冰消融量和河川径流量连续增加至今日，导致平原湖泊水位持续上升，面积逐年扩大，早己干涸的湖盆也出现生机。与此同时，洪水灾害连年发生，而且越来越凶猛，不断出现百年，以至千年的洪峰。此间，植被环境改善，绿洲春色盎然，沙漠化止步，沙尘暴锐减。这种气候转变前景如何，应该引起人们高度重视。这个问题直接关系到新疆以至大西北的经济发展、水利建设、洪旱灾害减灾、生态环境保护以及人民生活改善等。因而必须加强监测与研究，尽早做出正确预测，为国民经济长远规划提出科学依据。     

Summer temperatures during the Medieval Warm Period and Little Ice Age inferred from varved proglacial lake sediments in southern Alaska

For the heavily glaciated mountains of southern Alaska, few high-resolution, millennial-scale proxy temperature reconstructions are available for comparison with modern temperatures or with the history of glacier fluctuations. Recent catastrophic drainage of glacier-dammed Iceberg Lake, on the northern margin of the Bagley Icefield, exposed subaerial outcrops of varved lacustrine sediments that span the period 442–1998 AD. Here, an updated chronology of varve thickness measurements is used to quantitatively reconstruct melt-season temperature anomalies. From 1958 to 1998, varve thickness has a positive and marginally significant correlation with May–June temperatures at the nearest coastal measurement stations. Varve sensitivity to temperature has changed over time, however, in response to lake level changes in 1957 and earlier. I compensate for this by log-transforming the varve thickness chronology, and also by using a 400-year-long tree-ring-based temperature proxy to reconstruct melt-season temperatures at Iceberg Lake. Regression against this longer proxy record is statistically weak, but spans the full range of occupied lake levels and varve sensitivities. Reconstructed temperature anomalies have broad confidence intervals, but nominally span 1.1°C over the last 1500+ years. Maximum temperatures occurred in the late twentieth century, with a minimum in the late sixth century. The Little Ice Age is present as three cool periods between 1350 and 1850 AD with maximum cooling around 1650 AD. A Medieval Warm Period is evident from 1000 to 1100 AD, but the temperature reconstruction suggests it was less warm than recent decades—an observation supported by independent geological evidence of recent glacier retreat that is unprecedented over the period of record. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Multi-scale temperature variations and their regional differences in China during the Medieval Climate Anomaly

The Medieval Climate Anomaly(MCA, AD950–1250) is the most recent warm period lasting for several hundred years and is regarded as a reference scenario when studying the impact of and adaptation to global and regional warming. In this study, we investigated the characteristics of temperature variations on decadal–centennial scales during the MCA for four regions(Northeast, Northwest, Central-east, and Tibetan Plateau) in China, based on high-resolution temperature reconstructions and related warm–cold records from historical documents. The ensemble empirical mode decomposition method is used to analyze the time series. The results showed that for China as a whole, the longest warm period during the last 2000 years occurred in the 10 th–13 th centuries, although there were multi-decadal cold intervals in the middle to late 12 th century. However, in the beginning and ending decades, warm peaks and phases on the decadal scale of the MCA for different regions were not consistent with each other. On the inter-decadal scale, regional temperature variations were similar from 950 to 1130; moreover, their amplitudes became smaller, and the phases did not agree well from 1130 to 1250. On the multi-decadal to centennial scale, all four regions began to warm in the early 10 th century and experienced two cold intervals during the MCA. However, the Northwest and Central-east China were in step with each other while the warm periods in the Northeast China and Tibetan Plateau ended about 40-50 years earlier. On the multi-centennial scale, the mean temperature difference between the MCA and Little Ice Age was significant in Northeast and Central-east China but not in the Northwest China and Tibetan Plateau. Compared to the mean temperature of the 20 th century, a comparable warmth in the MCA was found in the Central-east China, but there was a little cooling in Northeast China; meanwhile, there were significantly lower temperatures in Northwest China and Tibetan Plateau.     

中国西北与华北地区末次冰期黄土气候记录的对比研究

选用末次冰期具有代表性的黄土高原西部区临夏塬堡黄土剖面和华北地区具有代表性的北京西山东斋堂黄土剖面,通过对这两个剖面岩性、质量磁化率、粒度中值的变化幅度、频率、量值和所反映的气候环境状况及产生这种气候状况的原因的对比分析发现:两个剖面均记录了末次冰期可与反映全球冰量变化的SPECMAP曲线对比的MIS2、MIS3和MIS4 3个阶段,尽管其反映的气候状况并不相同。如末次冰期西北和华北地区风力强度基本接近（粒度中值值基本接近）,华北地区气候更为温湿,土壤的成壤强度更高,降水量更大,而西北地区就弱很多。这可能与两个地区地处不同的气候带有关,即西北地区地处温带干旱、半干旱区,华北地区地处暖温带半湿润区,尽管两剖面同处中纬度,但西北地区的塬堡剖面深居内陆,四周多高山,来自海洋的湿润气流很少能够到达,降水量远比同纬度其他地区少的缘故。同时还表明:就磁化率指标和粒度指标而言,磁化率指标对区域气候环境变化的响应更敏感,更能准确记录反映区域的气候环境变化状况。     

东居延海易溶盐沉积与古气候环境变化

通过对黑河尾闾东居延海湖相沉积物易溶盐类K^ 、Na^ 、Ca^2 、Mg^2 、SO4^2 、CO3^2-、HCO3^-、Cl^-八大离子含量和其他相关指标的分析，依据它们在地层中的变化特征，结合地层^14C年代测定结果，把东居延海湖泊变化划分为：隋唐湖泊面积较大时期、宋辽湖泊缩小时期、中世纪暖期湖泊扩张时期、小冰期湖泊缩小时期及20世纪湖泊干涸期等几个阶段。考虑近1500a来该流域气候变化和人类活动对湖泊的影响，得出了以下几个结论：近1500a来，东居延海湖区气候以干旱为主，湖泊逐渐萎缩；在干旱背景下存在气候波动，并与全球变化具有一致性；湖泊的盛衰演变受到气候变化和人类活动的双重影响，前期以自然变化为主，明清以来特别是清代以后，人类活动的影响加剧，成为主控因子。     

利用珊瑚生长率重建西沙海域罗马暖期中期海温变化

珊瑚生长率是记录海水表层温度（SST）的一个重要代用指标。本文以南海中北部西沙永兴岛罗马暖期期间发育的3个澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为材料,测量它们的骨骼生长率,并利用珊瑚骨骼生长率与SST的关系式定量重建海温年际变化序列。结果显示：3个滨珊瑚（生长于120-59 BC、46 BC-14 AD和30 BC-28 AD期间）的平均生长率分别为0.88 cm/a（变化于0.53~1.24 cm/a之间）、0.90 cm/a（变化于0.58~1.53 cm/a之间）和1.12 cm/a（变化于0.71~1.46 cm/a之间）。据此重建同时段年平均SST,相应结果分别为26.7℃、26.8℃和27.3℃。2 kaBP前后（120-59 BC,46 BC-28 AD）西沙海域平均SST为26.9±0.4℃,低于现代（1981-2010 AD）约0.7℃。     

藏南羊卓雍错沉积物元素地球化学记录的过去2000年环境变化

以青藏高原南部的羊卓雍错（简称羊湖）沉积岩芯为研究对象,以较可靠的年代数据（ ²¹⁰Pb和AMS ¹⁴C交叉定年）为框架,基于高分辨率的元素地球化学记录,通过数理统计分析方法提取环境信息,结合粒度和磁化率,重建该地区过去2000年来的环境变化。结果显示,该区黑暗时代冷期（DCAP）和小冰期（LIA）气候较为寒冷,降水量较高;而中世纪暖期（MWP）和现代暖期（CWP）气候较为温暖,降水量较低,气候具有冷湿—暖干的特征。其中,重建的温度显示,中世纪暖期的温暖程度似乎持平甚至超过20世纪暖期;小冰期期间可能存在一次百年尺度的温暖事件,而17世纪和18世纪可能是过去2000中最寒冷的一段时期。分析发现,过去2000年以来青藏高原南部存在着冷湿—暖干的气候模式;过去2000年青藏高原南部地区温度的变化可能主要受到太阳辐射的影响,而小冰期期间西风环流的南移和增强可能是导致区域降水增加的重要因素。另外,该时期羊湖的湖泊水位的变化受温度和降水共同控制：当温度降低,降水增加时,湖泊水位上升,反之亦然。