极地冰芯中火山记录的研究进展

火山活动产生的硫酸气溶胶是影响气候变化的重要因素,这些气溶胶经大气环流被传输至极区,最后沉降和保存在极地冰盖上.根据火山气溶胶的性质,研究者们提出了冰芯中火山信号的识别方法,并据此重建了不同历史时期保存在极地冰盖不同地点的火山活动记录.这些记录在判别具有全球气候效应的火山事件、冰芯定年以及研究近1000年来火山活动对气...     

基于极地冰芯的历史火山活动序列重建研究进展

火山气溶胶通过反射太阳辐射导致地表降温。重建历史火山活动序列,是评估其气候效应,从而区分人为和自然因子的相对贡献、预测温室气体对全球气候影响的基础之一。此综述简要介绍了火山活动影响气候的作用机理。通过对冰芯研究历史及利用两极冰芯记录重建火山活动序列的研究进展的回顾,阐述了极地冰芯在火山活动序列重建中的作用与优势,以及近期研究在冰芯钻取和数据分析手段、极地火山信号向大气辐射强迫转化方法等方面所取得的成果;同时指出在火山沉积物的空间分布、冰芯定年及高低纬度火山喷发源的确定方面仍存在较大不确定性。因此应结合火山碎屑研究及非质量同位素分馏分析等方法,并钻取更多时间尺度更长且现有冰芯钻取较少的地区的深冰芯,以更精确地重建火山活动序列,从而提高对历史火山活动及其对气候影响的认识。     

极地冰芯中记录的火山作用及其对气候的影响

大多数火山喷发以强酸 (主要是硫酸 )的形式在极地冰芯中留下痕迹 ,通过冰芯连续电导率 (ECM)或各个雪冰样品SO42 - 浓度测定能够恢复历史上的火山作用。极地冰芯中已知年代的火山喷发还可用于冰芯定年。极地冰芯记录的火山信号大小依赖于火山喷发的规模和类型 ,火山喷发的地理位置和酸性气体组成 ,大气气溶胶传输 ,以及沉降地点的年积累率和沉积后生过程等。单个火山喷发通常会导致数月至数年的半球乃至全球范围的气候相对变冷 (这种现象在极区变得更明显 ) ,但过去大规模的爆炸性火山喷发对气候的影响及其与气候变化之间的联系仍有待于进一步研究     

极地冰芯气候及环境记录指标研究现状与展望

冰芯记录了自然和人类活动等各种因子的变化,是研究全球气候变化和环境变化的良好载体。极地冰芯可以将高分辨率古气候记录的时间尺度延长至过去几十万年,具有重要的科学意义。近年来,极地冰芯在气候及环境记录上取得了一系列新的研究进展,但尚缺乏系统的总结。本文对极地冰芯的研究进展进行了梳理,从冰芯物理特性、冰芯氢氧同位素、可溶及不可溶物质理化特征、冰芯气体等方面进行了概述,重点关注了最新分析方法在极地冰芯中的应用。最后对极地冰芯研究的未来发展方向进行了展望,以期为今后深入开展极地冰芯气候及环境记录研究提供参考。     

东疆北部全新世气候不稳定性的湖泊沉积记录

对新疆东疆北部巴里坤湖2.5 m深的沉积剖面进行了年代学、沉积物粒度、TOC、磁化率和CaCO₃含量分析,对比研究确定了巴里坤湖的碳库年龄约为750 a,据此建立了研究剖面的年代序列。研究表明,各气候代用指标序列揭示了巴里坤湖地区全新世期间存在多次干湿气候波动,并伴随着一系列突发气候事件,其中有6次事件可以与全新世北大西洋浮冰碎屑事件及GISP2冰芯氧同位素记录进行良好对比,且呈现出显著约1.6 ka的变化周期,表明高纬度北大西洋地区的气候变化可能通过对西风环流的影响与中国西北干旱区的气候变化密切相关。谱分析揭示出研究区气候变化还具有显著的200 a,133 a,108 a和77 a周期,可能与太阳活动周期有关。6300—5200 cal a BP和4300—3500 cal a BP期间巴里坤湖地区气候较为干旱,结合广泛的区域对比认为,中全新世干旱事件具有普遍性。     

祁连山老虎沟冰芯记录的高山区大气降水变化

冰芯所记录的积累量是恢复高山区过去降水变化最可靠的指标。2006年在青藏高原东北缘祁连山老虎沟12号冰川粒雪盆海拔5040 m处钻取了的一支20.12 m的冰芯,利用其年积累量估算了1960-2006年期间的冰川区降水量,结合2010年实测资料,分析了这一时期降水变化特征并研究其与周边其他地区降水变化的关系。结果表明,在过去50年中,高山冰川区降水量表现出先增加后减少的趋势。在1960-1980年,降水量表现出明显增加趋势,1980-2006年表现出明显减小趋势。重建的冰川区降水量变化与临近低海拔区的肃北气象站降水变化有很好的一致性,二者相关系数为0.619(P0.001),而量级上高山区是低山区的约3倍。祁连山老虎沟冰川区降水与周边的敦德冰芯同期的累积量、树轮重建降水、青藏高原东北部多个气象站点的实测降水,以及临近区域格点PDSI干旱指数变化对应较好。此外,近50年来祁连山老虎沟冰川区及毗邻的青藏高原东北部地区降水变化与ENSO呈正相关关系明显,反映了该地区高海拔大气降水变化很可能受ENSO的影响。     

小冰期气候的研究进展

小冰期是近2ka来的一个重要气候事件,又是目前全球变暖的背景事件,已成为古气候和古环境研究的热点。对此,科学工作者已经做了大量的研究。本文广泛综合前人研究的成果,介绍了小冰期的概况,认为1450-1890年是小冰期的时限,在此期间有三次冷期和两次暖期。冷期发生在1450-1510年、1560-1690年和1790-1890年,其中第二次冷期表现最甚;暖期发生在1510-1560年和1690-1790年。太阳活动和火山活动是小冰期气候变化的主要因素。并重点从冰芯、树轮、湖泊沉积、历史文献和沙漠地层等方面综述了近年来国内外对小冰期气候变化的研究现状。     

近百年来中国冰川变化及其对气候变化的敏感性研究进展

冰川变化是气候变化的产物,也是气候变化的指示器.在全球变暖的背景下,近百年来我国冰川消融强烈,以退缩为主.本文对近百年来我国冰川末端退缩、物质平衡变化和冰川面积变化方面的研究成果进行了综合分析.从时间和空间两方面探讨了我国冰川变化对气候变化响应的敏感性.结果表明,我国冰川末端变化对气候变化的响应在时间上要滞后10～20年,冰川末端退缩、物质平衡变化和面积变化的幅度在青藏高原边缘和周边地区要大于高原内部,对气候变化响应的敏感性也由内部向边缘增强.最后指出了我国冰川变化研究中存在的主要问题及今后发展趋势.     

东南极、西南极4000年以来生物活动强度变化与南极冰芯的对比

利用南极中山站地区的冰退速率和奈拉湖湖相沉积物中的硫浓度分布特征推算了奈拉湖的沉积速度。以硫元素浓度作为湖相沉积物中生物活动强度的指标，对比了西南极长城站地区西湖沉积物和东南极中山站奈拉湖沉积物中生物活动强度的变化趋势，并与Ｄ１０冰芯中反映海洋生物活动强度的指标ＣＨ３ＳＯ－３的浓度变化趋势作对比。结果表明，４０００ａＢ．Ｐ．以来三者的历史变化趋势是明显一致的，１８５０～１１５０ａＢ．Ｐ．是生物活动的最宜期，这是全球环境变化在不同地点、不同类型沉积物中的表现。     

南极洲乔治王岛柯林斯冰帽冰芯火山喷发记录

矿物和结构分析揭示了南极洲乔治王岛柯林斯冰帽一支 80 .2 m冰芯中的 9层深褐色沉积物的火山灰特征。本文从冰川处于稳定状态的假定出发 ,根据 Dansgaard- Johnsen流动模式断代结果 ,建立了南设得兰群岛火山喷发序列。依冰芯记录判断 ,该区 1 650年以来的 340年间 ,共有 7轮火山喷发。1 875～ 1 92 5年间似为火山活跃期 ,喷发地点可能主要在欺骗岛 ;1 650～ 1 80 0年间为一相对平静期 ;此后一个世纪不太稳定 ;而过去的 1 0 0年间基本平静 ,只是世纪初和 50～ 70年代间各有一段动荡期。冰芯中记载的大多数火山喷发可在该区有关文献中找到记录。没有记录在案的几例喷发事件需进一步调查。冰芯中缺失 1 967～ 1 970年欺骗岛火山灰层位表明 ,研究得到的火山序列仍未包含所有的喷发事件。但本文展示的该区过去 340年间火山活动基本趋势并不因此而改变。     

近30年北极海冰异常变化趋势

在过去30年间,北极气候发生了前所未有的异常变化,北极海冰变化更是经历了令人瞩目的、从平缓到突变的缩减过程,因此,北冰洋及其海冰的研究得到广泛的重视。综述当前国内外有关北极海冰快速变化的研究工作,对这些大气的现场观测和卫星遥感资料的分析,以及一些全球和区域气候模拟的结果,基本上一致地指出了近3O年来北极海冰的快速衰减趋势,尤其是夏季北极海冰正以每lO年超过10％的变化幅度快速减少。从海冰的基本物理特征、与大气海洋相互作用的物理过程、及其对全球和北极气候变化的响应和反馈机制,研究形成这种快速变化的因子--海表面气温增暖,太平洋与大西洋人流的热盐性质变化,以及大气环流模态的影响等。     

南半球环状模与南极冰芯中气候信息关联研究综述

冰芯作为气候环境信息的良好载体,在研究过去大气环流异常中具有其他气候代用指标难以比拟的优势。本文重点综述了南极冰芯气候记录与南半球环状模(SAM-Southern Annular Mode)的关联特征:SAM与冰芯记录为同期变化,冰芯中NO-3、海盐组分(以Na+为代表)和水同位素比值δ18O同SAM指数具有较好的关联性;冰芯中SO2-4和MSA同SAM存在一定的关联,但相关性不显著;西南极冰芯记录的积累率同SAM具有较强的关联。需要说明的是,冰芯中各参数与SAM的相关性存在较大的空间差异。     

南极冰盖SO_4~(2-)浓度记录研究进展

本文综述了南极冰盖雪冰中SO2 -4 的来源、SO2 -4 浓度记录的时空分布特征 ,特别对nss SO2 -4 记录的火山活动事件进行了概括与总结 ,反映了近年来南极雪冰中SO2 -4 记录的最新研究进展。南极冰盖雪冰中SO2 -4 来源的综述表明南极地区雪冰中的SO2 -4 主要来源于海盐、海洋生物和火山喷发三种。很多研究表明 ,用南极冰芯中记录的nssSO2 -4 可以恢复火山活动的历史 ,虽然对同一次火山活动 ,在取自南极不同地区的冰芯中 ,其浓度和沉积通量大不一样 ,然而 ,各次火山活动引起的硫酸根离子的沉积通量相对于Tambora火山的沉积通量的百分比在不同冰芯中却经常具有可比性 ,这使得利用冰芯中nssSO2 -4 的沉积通量推算历史时期火山喷发的强度成为可能     

气候系统模式对于北极海冰模拟分析

利用全球耦合模式对比计划第五阶段(CMIP5)模拟试验的结果,并与观测资料对比分析,评估了CMIP5模式对北极海冰的模拟效果。结果表明:多数模式可以较好地模拟出北极海冰的空间分布以及季节变化特征。1979—2005年北极海冰迅速减少,所有模式均模拟出北极海冰减少的趋势,但减少趋势大小与观测差别较大。在全球变化的背景下,全球地表气温升高1℃,北极海冰的面积减少1.02×106km2,而在模式中减少的北极海冰面积在0.62×106—1.68×106km2之间,说明模式对于北极海冰的模拟仍然存在很多不确定性。     

冰芯中MSA迁移假说的延伸和完善

MSA在冰芯深层的“迁移”现象的存在 ,关系到能否应用大气中 MSA季节特征进行极地冰芯断代 ,并以冰芯分析结果确定大气中生物硫化物含量的方法基础。本文展示各类最有代表性的冰雪 MSA剖面 ,对提出冰芯深层 MSA“迁移假说”的理论依据进行探讨 ,并根据最新资料 ,说明冰川中 MSA的“迁移”和重新分布 ,在表层粒雪和渗浸 -冻结冰层中同样可能发生。对“迁移假说”的延伸补充在于 ,粒雪中的 MSA迁移是在积雪中空气与外界贯通的“开放”条件下进行的 ,渗入雪层中的融水将 MSA溶出后 ,在晶粒间宏观向下输送 ,在阳离子集中的层位发生反应 ,生成盐类冰点的改变使之发生“冻结”,重新分布。而渗浸 -冻结冰层中的迁移机制可能和深层冰川冰中的情况接近 ,即在气体与外界隔绝条件下 ,主要在“封闭”的晶间脉状纹理中以“微观”形式进行。南极半岛 MSA迁移过程需要很长时间 ,而表层渗浸 -冻结冰层中 MSA迁移过程很快出现 ,说明冰中脉状纹理的加快形成、较高冰川温度和冰层中的较大含水量等因素会对 MSA“迁移”进程起促进作用。最后 ,对 MSA“迁移”情况下 ,如何进行有关冰芯 MSA计算进行了讨论 ,对设计实验验证并完善迁移理论提出了设想。     

15万年以来极地冰芯、黄土、深海沉积的对比研究与全球变化

由极地冰芯记录、中纬黄土记录和深海沉积记录的对比可得，１５万年以来全球变化的基本框架为：末次间冰期，从距今１４万年开始到约１２．５万年达鼎盛，可分为五个阶段，即冰芯中三次高温期夹两次低温期；黄土中三层古土壤夹两层黄土；深海沉积中三次高海面夹两次低海面。末次冰期，距今８万年到１万年，可分为三个阶段，早、晚冰段和中间的间冰段。早、晚冰段盛期气候寒冷程度相当，但晚冰段最低温持续期更长，造成海面比早期更低。中间的间冰段，至少可分为７个亚段，即４次暖期（４次弱成土古土壤）夹３次冷期。全新世与末次间冰期对比，总体气候变化较平缓。在上述基本框架中，近几年发现，在末次冰期存在许多短周期、高频快速变化事件。这些事件，温度变化幅度达７℃，变化速率为几年到几十年，对应的环境变化速率可能更快。这些事件的引发机理目前还不清楚，有待进一步研究。     

极地冰芯固体直流导电特性检测(ECM)及环境意义

在介绍冰芯固体直流导电特性检测（ＥＣＭ）技术方法和检测原理的基础上,论述了ＥＣＭ检测技术应用于冰芯研究领域所具有的非破坏性、快速性和高分辨率的特点,分析阐明ＥＣＭ数据在冰芯年代划分、恢复火山活动历史、确定参考层位和生物质燃烧事件等方面的应用价值和研究意义。