中更新世气候转型期南海北部和南部的气候变化差异

选取大洋钻探ODP184航次在南海北部采集的1144站为研究材料,通过分析中更新世0.4～1.4Ma期间506个样品中浮游有孔虫氧、碳稳定同位素的变化特征,并与南海南部ODP 1143站和西太平洋暖池ODP 807站的同位素资料进行比较,发现南海北部的氧、碳稳定同位素及其差值的变化响应中更新世气候转型事件,在中更新世距今约0.9Ma之后100ka的偏心率周期明显增强。在中更新世气候转型之前,南海北部、南海南部和赤道西太平洋都呈现出典型的热带气候特征,具有岁差和半岁差的气候周期;转型之后,随着北半球冰盖的进一步扩张,南海北部受东亚冬季风增强的影响而导致温度下降、温跃层变深,但南海南部与赤道西太平洋的温度变化较小且温跃层变浅,说明同属季风区的南海北部和南部对气候变化的响应有所不同。     

大洋碳循环与气候演变的热带驱动

20世纪气候演变研究的最大突破,在于地球轨道变化驱动冰期旋回的米兰柯维奇理论。然而近年来学术界对热带过程和大气CO2浓度变化的研究进展,暴露了传统的轨道驱动理论存在着对低纬区和碳循环在全球气候系统中作用估计不足的严重缺陷。国家重点基础研究发展计划项目"大洋碳循环与气候演变的热带驱动"拟以南海与西太平洋暖池的深海记录为依据,进行全球性对比和跨越地球圈层的探索,通过观测分析结果与数值模拟的结合、地质记录与现代过程的结合,检验和论证大洋碳储库长周期变化机制的假说,对于不同时间尺度上低纬过程如何通过碳循环在全球气候环境演变中的作用,实现理论上的突破。同时简要介绍了该项目的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等。     

Centennial-scale Asian monsoon variability during the mid-Younger Dryas from Qingtian Cave,central China

The regional climate correlation within the Northern Hemisphere in the cold/dry mid-Younger Dryas event (YD) remains elusive. A key to unraveling this issue is sufficient knowledge of the detailed climate variability at the low latitudes. Here we present a high-resolution (3-yr) δ¹⁸O record of an annually laminated stalagmite from central China that reveals a detailed Asian monsoon (AM) history from 13.36 to 10.99 ka. The YD in this record is expressed as three phases, characterized by gradual onsets but rapid ends. During the mid-YD, the AM variability exhibited an increasing trend superimposed by three centennial oscillations, well-correlated to changes in Greenland temperatures. These warming/wetting fluctuations show a periodicity of ~ 200 yr, generally in agreement with centennial changes in cosmogenic nuclides indicated by the ¹⁰Be flux from the Greenland ice. This relationship implies that centennial-scale climate changes during the mid-YD are probably caused by solar output and rapidly transported over broad regions through atmosphere reorganization.     

东阿拉伯海拉克希米盆地浊流沉积序列的粒度变化及其对中更新世气候转型的响应

阿拉伯海印度沉积扇是世界第二大海底扇,保存着来自喜马拉雅和喀喇昆仑等山系的新生代风化沉积物,是研究印度季风和南亚地区环境演化的理想材料。通过对2015年3~5月完成的IODP 355航次U1456钻孔A段总长345.36 m沉积物（约1.8 Ma以来）的沉积特征分析,发现其为典型的浊流沉积。通过对757个样品高分辨率的粒度测试,揭示研究区沉积序列在构造时间尺度上的粒度变化主要受到印度季风降水控制,阿拉伯海深海沉积物的粒度变化可作为一个新的季风演化的替代指标。从1.80~1.18 Ma到1.18~0.10 Ma,浊流沉积物的堆积速率降低,粒度变细,揭示了更新世印度季风强度的阶段性减弱。在沉积序列上,砂组分的变化周期从约41 ka向更长周期转化,推测东阿拉伯海U1456A钻孔沉积物序列在中更新世的粒度变化可能是对印度季风气候转型的响应。

     

环流效应： 中国季风区石笋氧同位素短尺度变化的气候意义——古气候记录与现代气候研究的一次对话

根据最近的研究结果,中国季风区同一洞穴或同一区域的晚全新世石笋氧同位素序列具有较好的重复性,表明中国季风区的石笋氧同位素短尺度(10～100年尺度,后同)变率所具有的信号强于噪音。通过进一步比较分析发现,一些石笋氧同位素记录虽然来自距离上千公里之遥的不同区域,但它们的波动形式在年代际至世纪尺度极其相似,说明它们是一致的大区域信号,但多数石笋氧同位素序列未能校准到本区器测的降水或温度记录上。通过与中国气候学家建立的各类季风指数比较,发现这些具有一致大区信号的中国石笋氧同位素序列与海平面气压差指数或海陆温差指数关系最好。再通过与印度洋－太平洋海域海平面气压差、以及许多海、气环流观测记录对比,发现中国季风区石笋氧同位素序列记录了20世纪后期最强的一次全球海、气环流年代际均值突变,由此初步确认了中国季风区石笋氧同位素短尺度变化的环流意义： 当印度洋海水和中东太平洋海水温度偏低时,西太平洋副热带高压偏北东缩而弱,中国季风区内来自印度洋的水汽份额增大,由于这些水汽的输送路程很远,导致中国季风区的雨水氧同位素及石笋氧同位素较轻; 而当印度洋海水和中东太平洋海水温度偏高时,西太平洋副热带高压偏南西伸而强,中国季风区内来自印度洋的远源水汽份额减少,而来自西太平洋的水汽份额增大,由于后者输送路程较近,导致中国季风区的雨水氧同位素及石笋氧同位素较重。由此命名瑞利分馏原理所决定、反映印度洋/太平洋海、气环流转变且大区域一致的中国季风区石笋氧同位素10～100年尺度变化为“环流效应”。     

冲绳海槽千年来陆源物质输入历史与东亚季风变迁

为解决近1000年以来东海沿岸地区气候演化及其对南冲绳海槽陆源物质输入的影响, 对取自南冲绳海槽的MD05-2908孔上部(0~810cm) 共78份孢粉样品和199份有机碳同位素样品进行了分析.结果显示, 近1000年以来南冲绳海槽陆源物质输入存在着显著波动, 其中1100~1040aBP、960~880aBP和800~480aBP期间, 陆源物质输入比例增加; 1040~960aBP和480~230aBP期间, 陆源物质输入比例减少.将陆源物质输入指标与陕西佛爷洞δ13C含量记录对比分析, 发现陆源物质输入比例变化与季风的变化密切相关.当夏季风减弱时, 导致降雨带长时间集中在南部地区, 增强的降雨量提高了风化剥蚀以及沉积物向海洋搬运的能力, 使得陆源物质供应量增加.      

青藏高原兹格塘错沉积记录的全新世水位变化事件及其原因初步研究

兹格塘错是一个内陆封闭型湖泊,位于藏北高原腹地,处于西南季风作用边缘地带。由于流域内无冰川分布,湖泊补给主要靠大气降水,因此水体的扩张与收缩能够直接反映西南季风的变化。半干旱气候地区湖泊沉积物碳酸盐含量能够敏感地反映水体的扩张与收缩。兹格塘错沉积物碳酸盐含量高,与可溶盐(氯离子与硫酸根离子)含量变化结合能更好地揭示水体的演化阶段。分析结果表明,在9.3～8.9calkaBP、8.3～7.8calkaBP、5.0～4.7calkaBP、4.0～3.8calkaBP和3.1～2.7calkaBP碳酸盐含量出现大幅度下降,指示湖泊淡化、水位升高。但在3.8calkaBP左右碳酸盐含量和可溶盐(氯离子与硫酸根离子)含量同时出现峰值,指示出湖泊水体盐度升高、水位出现下降;近1calkaBP以来,碳酸盐与可溶盐含量都呈现逐渐下降趋势,表明湖泊水体逐渐淡化、水位缓慢上升的过程。但近100a来可溶盐含量上升,指示出湖泊水体的不断浓缩和水位下降过程,这和近百年的气候暖干化过程是一致的。兹格塘错沉积岩心碳酸盐含量全新世以来5次极低事件,有力地证明青藏高原西南季风在全新世期间的不稳定性。     

Phytoplankton dynamics associated with the monsoon in the Sulu Sea as revealed by pigment signature

Phytoplankton dynamics during the northeast monsoon was investigated in the Sulu Sea from algal pigment analysis. We visited the Sulu Sea in February 2000, a mid period of the northeast monsoon, and in November and December 2002, the beginning of the northeast monsoon. SeaWiFS images showed generally low concentrations of surface chlorophyll a (Chl a) during the southwest monsoon and higher concentrations with several peaks during the northeast monsoon. In the beginning of the northeast monsoon, subsurface chlorophyll maxima (SCM) occurred, where vertical variation in class-specific composition as estimated from pigment signatures was prominent. Prochlorococcus, cyanobacteria, prymnesiophytes and crysophytes were important groups above the SCM, and the contribution of cyanobacteria to Chl a became much lower at and below the SCM. Contributions of chlorophytes and prasinophytes to Chl a generally showed maxima near the SCM. This distribution was accompanied by vertical changes in the concentration of photoprotective pigments relative to photosynthetic accessory pigments. During the mid northeast monsoon, the upward supply of nutrients was probably enhanced at some stations due to vertical mixing, and as a consequence diatoms dominated in the upper 100 m water column of these stations, and other eukaryotic flagellates including prymnesiophytes, chrysophytes and cryptophytes were secondary major components of the community. The elevation of Chl a concentration and changes in phytoplankton community during the northeast monsoon likely influence the variation in biological production at higher trophic levels in the Sulu Sea.     

夏季季风转换期间南沙群岛海域的温盐分布特征

应用2002年5月9-22日南沙群岛海域的水文观测资料,分析了季风转换期间南沙群岛海域的水文状况,并对比了调查海域不同区域的温盐分布特征。结果表明,夏季风转换期间海洋表层温度较高,基本在30℃以上,垂直结构上温度层结比较稳定。东北一西南走向界线两侧海域的温盐状况有明显的差异：西北部海域温度较高,垂向上有逆盐层现象;东南部海域温度相对较低,盐度的垂向结构上显示有双跃层现象,两海区水文特征的差异与季风结构和局地环流有密切的关系。从连续站温盐的时空剖面图可以看到,跃层以下,不规则的半日周期内潮对温盐分布有显著的影响。     

有孔虫初房特征变化在珠江三角洲晚全新世东亚夏季风降雨研究中的应用

研究中国降雨格局变化对理解东亚夏季风演化意义重大。本文分析了珠江三角洲柱状样ZJK03-Z中浅水底栖有孔虫常见种Rotalidium annectens的平均初房大小、微球型/显球型比值和壳体δ18O值,以及底栖有孔虫组合中瓷质壳的百分含量,探讨它们对由夏季风降雨引起的河口水体盐度变化的响应,得到了珠江三角洲3114—1260a BP季风降雨的强度变化,识别出了这期间14次季风降雨减少的偏干期。与南美洲Cariaco海盆的钛含量记录对比,二者一致的结果表明,珠江三角洲晚全新世的东亚夏季风降雨与热带辐合带(ITCZ)的南北移动密切相关:夏季风降雨减少,对应于ITCZ纬度位置的南移。