冰岩芯研究与全球变化

冰岩芯研究是古气候、古环境研究的有力手段,它将为“全球变化研究”提供多方面的气候、环境信息。在冰岩芯研究中,通过稳定同位素(δ18O或δD)、放射性10Be、微粒含量变化、冰结构变化、CO2含量变化、CH4含量变化、各种化学元素含量的变化等多种手段建立了两极地区倒数第二次冰期以来气候、环境及大气成分演化的大概轮廓。     

敦德冰芯19世纪中叶以来的环境记录

基于青藏高原祁连山敦德冰芯中近130来主要离子含量的实验测定结果，通过与高原其他冰芯的对比分析，确认冰芯中Ca^2 和CI^-可以分别作为西北干旱区和柴达木盆地干湿变化的指示器，从冰芯化学成分变化特征的角度详细讨论了我国西北干旱区近代环境演化特征。发现近代我国西北干旱区最干旱时期发生在1920－1940年，柴达木盆地蒸发作用在1890－1915年最强烈。20世纪50年代以后，西北干旱区和柴达木盆地干旱程度逐渐缓解，到80年代干旱程度达到130a来的最低水平。     

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     

基于遥感技术的近40a来敦德冰川变化和气候变化的关系研究

从1970、1990、2000年和2010年4个时段的MSS、TM、ETM影像中提取了敦德冰川的边界,并结合距敦德冰川较近的托勒、大柴旦和德令哈3个气象站点的1957-2010年年降水量数据、年平均气温和夏季平均气温(6-8月)数据进行分析,对近40a来敦德冰川变化和气候变化的关系进行了研究.结果表明:近40a来的敦德冰川处在持续退缩状态;最近几十年敦德冰川退缩有相对加速之势;冰川在退缩过程中不断分解,部分分解后的小面积冰川融化消失.近半个世纪以来该区的气候增温趋势较明显,降水虽有少量增加,但是趋势却不明显.冰川变化与气候变化的关系表现为温度的升高是敦德冰川退缩的主要原因.     

古里雅冰芯近2000年来气候环境变化记录

古里雅冰芯高分辨率地连续记录了近2000年来的气候环境变化。以δ18O和冰川积累量为指标的气候变化记录的重建表明,温度的波动频率大于降水波动频率,但每次干湿变化中的幅度却又大于温度变化幅度。同时,可以明显看出降水变化滞后温度变化的特征。以Na＋,Mg2＋,Cl-,SO2-4等阴、阳离子为指标的大气成分和环境变化记录的重建,揭示了青藏高原地区大气成分和环境变化与气候变化的密切关系。     

冰芯所记录的环境变化及空间耦合特征

近年来，我们先后在青藏高原的古里雅冰帽、唐古拉冰川和希夏邦马地区钻。取了大量冰芯。在这些冰芯中保存着大量的环境变化信息。特别是反映沙暴、尘暴和浮尘等环境事件的尘埃冰志记录，是目前我们所能得到的记录最详细、分辨率最高和最连续的资料系列。青藏高原冰芯中尘埃指标显示，在气候变冷时，青藏高原的尘暴、沙暴和浮尘等事件出现的频率增多，强度增大；在气候变暖时，则尘暴、沙暴和浮尘等事件的频率减少，强度减小。目前，在青藏高原面上，正经历着气候变暖、环境改善的过程。     

冰雪层中记录气候与环境变化的痕量含碳杂质

冰雪层是记录全球变化的主要信息载体之一,其中由生源要素碳形成的杂质种类最多。总结了这些含碳杂质记录古气候和古环境变化方面的研究进展,涉及温室气体、低分子可溶性有机酸、人为有机污染物以及孢粉和高碳数有机质。讨论了今后这些研究的重点所在。     

气候与环境演变中的非线性关系——以末次冰期为例

通过末次冰消期国内外实例,说明在气候和环境演变中广泛存在非线性关系,简单地将辐射量增大→气温增高→海面上升→岸线后退视作线性系统,会导致错误的模式和错误的预测。由于非线性反馈的结果,当末次冰消期辐射量最大时,反而出现新仙女木期突然变冷事件,在我国也已发现相应或近似事件的证据;冰后期海面随气候转暖的上升,同样也包含曲折和反复;海面上升在某些河口可以促使沉积加速,岸线并不向后退。     

现代冰川中的微粒研究与气候环境变化

现代冰川雪冰中的微粒是重建过去气候环境变化的一项重要替代性指标。根据前人对极地冰盖和山地冰川冰芯及雪坑样品中的微粒粒径、矿物特征和含量变化等研究成果,讨论了微粒粒径变化,微粒与火山活动、大气气溶胶的关系,以及冰芯测年、微粒来源等相关分析,认为微粒中的代表性矿物、火山玻璃、粗糙系数和粒径分布可作为确定微粒源区的指标;微粒含量的变化与大气环流、气温高低及干湿程度密切相关,微粒含量的高值对应冷干气候,反之为暖湿;大气环流加强时,微粒含量增加,反之减少。微粒研究还能获得如火山活动、人类影响等特殊事件的信息。     

神农架泥炭记录的MIS3阶段环境变化及千年尺度气候波动

地处典型东亚季风区的神农架大九湖盆地有华中地区面积最大、海拔最高的亚高山泥炭沼泽湿地。对盆地中心部位钻孔DJH-2中821~430cm泥炭沉积进行花粉浓缩物 AMS14C 测年,经校正发现其沉积时段为59.8~26.1kaB.P.,与MIS 3阶段相对应。研究显示,在MIS 3阶段研究区气候环境适宜植被的生长和有机质的保存,基于α-纤维素δ 13C 重建的大气湿度显示平均为72% 的湿度值总体略高于全新世晚期,且MIS 3早期(60~49kaB.P.)和晚期(38.5~26.1kaB.P.)较高,大气湿度平均为75% 和72%,中期(49.0~38.5kaB.P.)略低,平均69%,温度则由早期到晚期呈现逐渐降低趋势。高分辨率的泥炭记录显示千年尺度的气候变化呈现5个波动旋回,期间出现的4次冷干事件与H冷事件一一对应,并且存在多次暖(温)湿事件对应于D-O暖事件。此段沼泽沉积是大九湖对这一时期东亚夏季风强度明显增强的直接响应,与全球众多记录对比揭示出MIS 3阶段神农架泥炭记录在岁差尺度东亚夏季风环流强度主要受太阳辐射控制,其功率谱分析显示存在的多个显著周期为千年尺度上东亚夏季风强度主要受太阳输出量控制的观点提供了有力支持。     

从全球变化看当前我国气候和环境问题

近100年来全球温度平均增长0.5℃这一数值可能偏大。一些气候模拟将其作为均由温室效应引起据此计算的未来增温值可能偏高。本世纪内自然因素对全球温度的影响是显而易见的。历史上多种时间尺度的温暖时代,都是自然灾害相对减少和人类文明大发展的时期。气候变冷时期才是全球性干旱沙漠化和各种严重自然灾害的群发时期。自然因子预示公元2020年前仍有变冷的可能。未来气候变暖,其后果可能是既有弊(导致海平面升高)又有利(利于农业发展等)。     

马兰和普若岗日冰芯记录的微生物学特征

马兰和普若岗日冰芯记录了气候环境变化对中低纬度地区微生物群落分布和矿物结构的影响.研究表明,可培养微生物群落组成以细菌为主.进一步的16S(18S)rDNA序列分析表明,嗜细胞菌-黄杆菌属和衣藻属是冰芯微生物的优势地方菌群.微生物群落密度与矿物含量有密切的对应关系,较多的微生物群落一般出现在矿物含量较高的冰层中.但是,在个别具有很多矿物微粒的样品中却没有出现预期很多的微生物.马兰冰芯研究还揭示了寒冷期微生物群落密度大和暖期微生物群落密度小的反相关关系.与暖期W1中发生的一次较大的降温突变相对应,在L1中微生物数量也出现一个峰值.该研究为利用冰芯记录重建古气候环境变化提供了另一个有效手段.