兴都库什山及伊朗高原抬升对南亚季风-中亚干旱气候演化影响的模拟研究

新生代以来青藏高原大地形及其周围边缘地形的构造抬升对亚洲气候演化有着深远而复杂的影响。目前的气候代用指标表明南亚季风的开始可以追溯到始新世, 随后在早中新世和晚中新世经历了显著的加强过程。同时, 构造地质证据表明兴都库什山脉和伊朗高原的隆升可能开始于10~12 Ma。兴都库什山脉和伊朗高原作为南亚季风和中亚干旱区之间的天然地理屏障, 其对南亚季风和中亚干旱区气候演化和分异是否有一定的影响, 目前尚未可知。本研究利用高分辨率的大气环流模式系统性评估了兴都库什山脉和伊朗高原对南亚和中亚气候的影响。结果表明, 兴都库什和伊朗高原对南亚季风的加强和中亚干旱区降水的抑制均有贡献。相较而言, 兴都库什山脉对南亚季风的加强和向北扩张起主导作用。兴都库什山脉引起的南亚夏季降水增量达到兴都库什和伊朗高原共同作用的65.6 %。兴都库什山脉抬升后, 南亚地区15° N以北, 尤其是印度半岛中部和西北部夏季降水均显著增加, 阿拉伯海对流层低层的西南风和印度西北部偏南风显著加强。伊朗高原对中亚干旱区的干旱化作用更强, 并以冬季变化为主导。伊朗高原引起的中亚地区冬季降水减少量占兴都库什和伊朗高原共同作用的71.4 %。伊朗高原抬升后, 中亚地区冬季的盛行西风显著减弱, 从而导致降水显著减少。本研究的数值模拟试验表明, 地质记录揭示的南亚季风在晚中新世的加强可能与兴都库什山脉和伊朗高原在该阶段的抬升密切相关。

     

小冰期十年际尺度亚洲季风变化的四川黑竹沟洞石笋记录

基于四川省黑竹沟洞一支石笋（编号：EB1）高精度²³⁰Th年龄和氧同位素数据,建立小冰期时期（1375~1810A.D.）气候变化时间序列。该序列δ¹⁸O值变化范围为-10.37‰~-8.58‰,敏感响应于区域气候变化过程。高分辨率δ¹⁸O变化序列能清晰地捕捉到10年际尺度振荡旋回。该石笋记录根据δ¹⁸O值变化可分为4个阶段：1375~1540A.D.和1680~1780A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏负,指示季风增强时期;1540~1680A.D.和1780~1810A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏正,处于弱季风阶段。与贵州董哥洞、甘肃万象洞和印度Jhumar洞石笋记录对比发现在小冰期时期δ¹⁸O变化特征具有一定的相似性,表明上述区域降水可能共同受控于印度季风水汽输送影响,反映了区域性夏季风经向环流及其降水变化特征。通过EB1石笋记录与北半球温度曲线的对比发现,两者在百年尺度上同相位变化,可能指示北高纬气候的控制作用。而该石笋与秘鲁东北部Cascayunga洞石笋记录的进一步对比结果显示亚洲季风与南半球季风记录呈反相位关系,证实了ITCZ位置的南北移动在半球间能量传递和交换过程中的重要作用。功率谱分析结果显示小冰期季风波动具有显著的25a和9a周期旋回,接近太阳黑子22a和11a周期频率,表明太阳活动变化可能是小冰期十年际尺度亚洲季风波动的重要驱动因素。

     

内蒙古中东部查干淖尔湖流域7000年以来的气候演变

内蒙古中东部处于亚洲季风与西风带的过渡带上,对于季风强弱以及全球气候变化响应敏感。本文以内蒙古中东部查干淖尔湖为研究对象,采用该湖沉积剖面的AMS ¹⁴C测年、烧失量、粒度及端元组分等指标的分析,重建了近7000年以来内蒙古中东部地区的气候演变序列。结果表明,千年尺度上,7000年以来研究区气候逐步变干,但6900~5800cal.a B.P.和4500~2000cal.a B.P.期间气候相对湿润,5800~4500cal.a B.P.和2000~0cal.a B.P.时期气候干旱。中晚全新世以来千年尺度上的气候总体变干,与太阳辐射的逐步降低引起的东亚季风的减弱有关。百年尺度上,查干淖尔湖经历了5次较为明显的干旱事件,分别发生于5800~4700cal.a B.P.、3500~3100cal.a B.P.、2600~2100cal.a B.P.、1700~1200cal.a B.P.和560~370cal.a B.P.,这些干旱事件的发生,在定年误差范围内,与太阳活动减弱事件和北大西洋冰漂碎屑事件基本一致,表明百年尺度上东亚季风强度的变化受北半球高纬气候和太阳活动的共同影响。

     

柴达木盆地晚中新世河湖相沉积物粒度组成及其古环境意义

本文应用沉积物粒度端元分析模型对柴达木盆地怀头他拉剖面开放湖相沉积物进行分离,得到4个具有现实环境意义的端元组分,分别代表 4种动力过程。端元1为河流沉积,端元2、3都为湖相沉积,端元4为三角洲沉积。这些成分含量在晚中新世的变化趋势不明显但变化幅度相对较大,表明柴达木盆地这套地层记录了沉积环境或气候的快速变化。尽管怀头他拉粒度变化趋势总体不明显,然而平均粒径在约8.3~7.0Ma期间有所降低,指示当时亚洲季风可能发生了增强,导致柴达木古湖面积扩大,到达研究站点沉积物的粒度变细。东亚和南亚地区古气候数据合成支持这一推论,由此我们推断亚洲大陆在约8.3~7.0Ma期间气候相对较湿润,是青藏高原隆升的一个直接反应;而7Ma以后气候变干可能反映了大气CO₂含量下降的驱动。轨道尺度研究表明柴达木盆地气候在约8.3~7.0Ma期间发生了较大幅度的变化,支持青藏高原隆升是气候变化放大器的观点。

     

以蒙古高原小地形为例对青藏高原动力气候效应的探讨

青藏高原隆升对亚洲乃至全球气候演化的影响是古气候学热点问题之一。青藏高原的热力和动力效应一直以来受到人们的广泛重视,其中高原对大气环流的阻碍作用被认为在亚洲冬季气候形成中扮演着极其重要的作用。过去的理论及重建研究大都强调青藏高原主体的贡献,忽略了高原边缘中小尺度地形的可能贡献。以青藏高原北边缘蒙古地形为例,现代大气流场显示蒙古地形对冬季对流层低层西风具有明显的阻碍作用。本研究利用一个海气耦合模式评估了蒙古地形对亚洲冬季气候的影响及其同青藏高原主体的相对贡献。结果显示,蒙古高原地形对亚洲西风急流和东亚冬季风具有非常显著的影响。蒙古高原存在时,东亚大槽加深,日本上空的西风急流增强,东亚冬季风环流也增强。该效应主要源自于亚洲大气热力结构的变化,对流层低层西风在蒙古地形的动力强迫下向北绕流,在下游产生强烈的北风异常,有利于极地冷空气南下。该温度冷平流最终导致西风急流和冬季风环流的响应。值得注意的是,青藏高原主体对西风急流和冬季风的贡献要明显弱于蒙古高原。该结果启示我们,传统认识的青藏高原动力效应可能被一定程度高估,亚洲各地形的动力效应不仅同其规模和高度有关,也与其所处位置有关,处于敏感区域的较小尺度地形同样会对亚洲气候形成有不可忽略的影响。     

华南季风槽暴雨特征分析

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和GDAS资料,对2018年8月27日—9月1日广东受季风低压影响发生的超历史极值、持续性特大暴雨天气过程的水汽输送特征进行了详细分析,同时利用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了诊断分析。结果表明：持续性特大暴雨过程期间,我国华南沿海为北半球的水汽汇合区,水汽主要来源于印度洋,经印度半岛北上至青藏高原南部向东转进入华南上空;另一部分水汽来源于西北太平洋和南海地区,三支水汽汇聚于华南上空,建立了稳定、持续的水汽输送通道,使得此次特大暴雨过程范围广、持续时间长。降水发生前期水汽辐合中心位于华南东部沿海,29日开始逐渐向西移动,于夜间达到峰值,水汽辐合最为明显,31日夜间其中心进一步西移并趋于减弱;水汽通量势函数高值区的变化与此次过程中降水峰值的逐日变化对应良好。逐日水汽辐合表现出明显的日变化特点,白天水汽辐合减弱,夜间明显加强,此次持续性特大暴雨过程呈现出季风降水特征。华南区域南边界是主要的水汽输入边界,且水汽输入主要集中在低层,尤其是华南中东部南边界的水汽输入量持续较高;29日夜间开始华南区域南边界的水汽输入量明显增大,30日达到最大,与大范围大暴雨和特大暴雨的区域及时段基本吻合。

     

STUDY ON THE CAUSE OF HEAVY RAIN 200506 （HR200506） IN GUANGDONG

A continuous heavy rain visited Guangdong province during June 18-25, 2005 (named Heavy Rain 200506, HR200506) and had resulted in enormous economic loss. The ageostropic Q vectors, θse,meridional circulation, computed from the NCEP reanalysis, and TBB are used to study the rainfall processes. The results indicated that a convective system moved northwards from the South China Sea (SCS)and stayed in Guangdong for several days, which was a direct cause of HR200506. The process is a result of the activity of the South China Sea summer monsoon. There were two rainbands of HR200506 in Guangdong. One laid in the north of Guangdong that produced frontal rainfall; another situated on the south of Guangdong which produced monsoon rainfall.     

黄土高原风成沉积物磁化率各向异性研究

中国黄土高原粉尘堆积以往注重从物源区携带粉尘的古风向,对粉尘沉积→固结期的古风向缺乏研究。本文评述了近年来应用黄土高原黄土、红粘土磁化率各向异性研究古季风风向变迁所取得的一些重要进展并指出磁化率各向异性最大轴和最小轴的方位和倾伏均与沉积→固结期风向变化密切相关。黄土磁组构结果与利用各种统计方法计算出的古风向在多个剖面与现代夏季风方向相似,由此推论黄土是冬季风带来的沙尘在经历夏季风携带的降雨洗礼后才固结而成。而在黄土之下的红粘土地层中的初步研究发现磁组构显示明显的西风带沉积特征,指出这一现象将在今后研究中继续深入探讨。     

An overview of dry-wet climate variability among monsoon-westerly regions and the monsoon northernmost marginal active zone in China

Climate in mainland China can be divided into the monsoon region in the southeast and the westerly region in the northwest as well as the intercross zone, i.e., the monsoon northernmost marginal active zone that is oriented from Southwest China to the upper Yellow River, North China, and Northeast China. In the three regions, dry-wet climate changes are directly linked to the interaction of the southerly monsoon flow on the east side of the Tibetan Plateau and the westerly flow on the north side of the Plateau from the inter-annual to inter-decadal timescales. Some basic features of climate variability in the three regions for the last half century and the historical hundreds of years are reviewed in this paper. In the last half century, an increasing trend of summer precipitation associated with the enhancing westerly flow is found in the westerly region from Xinjiang to northern parts of North China and Northeast China. On the other hand, an increasing trend of summer precipitation along the Yangtze River and a decreasing trend of summer precipitation along the monsoon northernmost marginal active zone are associated with the weakening monsoon flow in East Asia. Historical documents are widely distributed in the monsoon region for hundreds of years and natural climate proxies are constructed in the non-monsoon region, while two types of climate proxies can be commonly found over the monsoon northernmost marginal active zone. In the monsoon region, dry-wet variation centers are altered among North China, the lower Yangtze River, and South China from one century to another. Dry or wet anomalies are firstly observed along the monsoon northernmost marginal active zone and shifted southward or southeastward to the Yangtze River valley and South China in about a 70-year timescale. Severe drought events are experienced along the monsoon northernmost marginal active zone during the last 5 centuries. Inter-decadal dry-wet variations are depicted by natural proxies for the last 4--5 centuries in several areas over the non-monsoon region. Some questions, such as the impact of global warming on dry-wet regime changes in China, complex interactions between the monsoon and westerly flows in Northeast China, and the integrated multi-proxy analysis throughout all of China, are proposed.     

中更新世以来西菲律宾海上层水体结构演化特征——来自钙质超微化石Florisphaeraprofunda的证据

MD06-3050岩芯位于西菲律宾海吕宋岛以东本哈姆高原,利用钙质超微化石下透光带种属Florisphaera profunda占总颗石的相对丰度,恢复了中更新世以来该海区的上层水体结构演化特征。结果显示,西菲律宾海区自1040ka以来,温跃层/营养跃层经历了由浅—深—浅—深的长周期变动,可能是由于全球碳库的长周期变化对气候系统的大规模调整所致; 同时温跃层/营养跃层也具有明显的冰期-间冰期旋回性特征。温跃层变动的另一个重要特征是在中布容事件前后呈现出相反的冰期-间冰期变化趋势,认为可能是由东亚冬、夏季风强度变化引起。