新生代气候变冷机制研究进展

深海氧同位素记录揭示新生代以来全球气候呈整体变冷趋势,南北两极先后发育冰盖,地球由温室气候变为冰室气候,但是其变冷机制仍不明确。大气CO2浓度降低和大洋环流模式改变均被认为与新生代气候变冷密切相关,但目前对两者的作用还未达成统一的认识,由此存在各种假说,如BLAG假说、高原隆升-风化假说、构造隆升-碳埋藏假说、火山铁肥效应和岛弧隆升-风化假说及海道开合假说等,用以解释新生代全球变冷。围绕新生代气候变冷机制方面的争论,评述了过去近几十年来相关研究的进展和存在的问题,讨论了不同机制对新生代气候变化的影响,并提出未来需要加强的研究重点：建立准确的新生代大气CO2浓度演变序列、建立更加准确的地球内部排气和青藏高原隆升及海道开合时刻表、建立完善的风化指标体系、加强火山作用及其大洋生物地球化学效应的研究。     

新生代全球变冷与青藏高原隆升的关系

文中综合分析可以影响新生代全球变冷的四种原因,提出青藏隆升对新生代大气ＣＯ２浓度降低起主导作用,对新生代全球气温的降低起关键控制作用。这种作用是通过青藏高原隆升加剧全球硅酸盐岩和碳酸盐岩的化学风化、有机碳埋藏、植物的光合作用来实现的。而且,青藏高原隆升有可能同洋流改变和行星轨道参数变化于第三纪末至第四纪共同对新生代全球变冷起控制作用。因此,目前首先解决的科学目标应该是：精确刻划青藏高原隆升时代和幅度,并确定青藏高原隆升对新生代全球变冷的贡献,确定一种以青藏高原隆升为主导作用的控制新生代全球变冷的综合模式。     

柴达木盆地东北缘中中新世以来古气候变化

全球变冷、青藏高原隆升以及特提斯洋海退被认为是控制亚洲大陆新生代气候变化的三大因素,然而由于长时间尺度古气候记录的匮乏,对于三者影响的认识并不清晰。柴达木盆地是青藏高原北部最大的一个封闭盆地,发育巨厚且连续的新生代地层,详细记录了周缘山体构造隆升过程和区域气候演化历史。本文通过柴达木盆地东北缘怀头他拉剖面的中中新世-早更新世沉积物气候代用指标碳酸盐、硫酸根和氯离子含量分析,显示该研究区中中新世以来气候变化经历了15.3~13.0Ma相对湿润、13.0~6.6Ma半干旱-半湿润和6.6~1.8Ma干旱的3个演化阶段。结合生物特征和前人研究成果,认为柴达木盆地干旱化历史可能从中中新世13Ma左右开始逐步发展,而真正意义上的干旱化始于6.6Ma以来。全球变冷是控制柴达木盆地干旱气候形成和发展的主导因素,同时青藏高原晚期持续阶段性的强烈隆升起到了催化剂的作用。     

全新世温度研究回顾及对历史人地关系的启示

最新一些研究结果强调了全新世期间的长期增温趋势,综合全球平均海平面、大陆冰盖面积、大气温室气体和太阳辐射证据来看,这比传统观点所认为的全新世期间的长期降温趋势,更具有合理性。回顾历史,结合最新的一些研究进展,发现支持“中全新世大暖期”和“晚全新世降温趋势”的证据存在明显的不确定性,最核心的问题为晚全新世加强的人类活动对代用指标或者证据的强烈扰动,使得其不能准确地反映真实的气候变化过程。鉴于目前全新世温度历史争论的核心关键在于晚全新世,因此有必要加强晚全新世温度变化研究。在人类活动影响较小的地区,或者利用对人类活动不敏感的代用指标开展研究,有望可以获得更可靠的晚全新世温度历史重建结果,为准确认识中华数千年文明的长期温度变化背景,进而理解期间的“人地关系”演化历史,并最终客观认识现今面临的以全球变暖为主要特征的气候环境问题,提供一定的科学基础。     

辨析“气候变暖”

近年来人们对＂气候变暖＂及其机制的争论达到了前所未有的程度,这可能是因为气候变化不再是单纯研究大气变化规律的科学,而变成一门与＂减排方案＂和＂征收碳税＂有关的政治与经济问题相联系,与国家经济利益有关的崭新课题.＂气候变暖＂既与利益有关,就会难免偏离公正,偏离纯理论科学.本研究对国内外＂气候变暖＂最新动态进行回顾分析,得出以下认识和结论.1）过去百年城市发展,极大地影响了器测温度数据,如果没有对＂热岛效应＂进行矫正,无疑高估了过去百年全球升温的幅度;2）过去百年全球有所变暖是事实,但不同学者增温估算不一致.不仅升温幅度不确定,而且人类和自然因素对升温贡献各占多少也不确定;如果考虑到城市发展对增温估算的影响,过去百年增温应当比0.4℃更低,远没有达到历史上次级波动的变化范围.3）尽管过去百年地球有所变暖,但在万年轨道尺度上,现在地球处于变冷的大趋势过程中.对现在气候变暖更合理解释,是属于变冷大趋势中的次级变暖波动;4）不论过去还是现在,大气CO2浓度变化总是落后于温度变化,即总是温度驱动着CO2变化,而不是CO2浓度驱动地球增温.     

晚新生代海洋磷循环模拟

理论分析表明,海水磷浓度控制了海洋自生磷沉积和热液磷沉积通量,并以此调节长尺度海洋磷循环的动态平衡。运用质量平衡原理,研究恢复了控制晚新生代海洋磷循环的各种通量,并据此模拟出海水磷浓度的演化。海水磷浓度演化与碳同位素分馏记录的浮游光合生物生长速度的变化一致,揭示在长时间尺度上,浮游光合生物的生长受海水磷含量控制。1500万年以来,大陆风化磷通量急剧增加,致使海洋磷浓度和磷沉积通量增加。海洋磷浓度增加促进了海洋生物生产力,导致海洋大气中生物气溶胶浓度升高,最终通过气溶胶的直接和间接辐射效应驱动晚新生代全球变冷。     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

热带东印度洋SST对气候变暖和变冷的响应

The response of the eastern tropical Indian Ocean(ETIO) to heat fluxes of equal amplitude but opposite sign is investigated using the Community Earth System Model(CESM). A significant positive asymmetry in sea surface temperature(SST) is found over the ETIO—the warming responses to the positive forcing exceeds the cooling to the negative forcing. A mixed layer heat budget analysis is carried out to identify the mechanisms responsible for the SST asymmetry. Results show that it is mainly ascribed to the ocean dynamical processes, including vertical advections and diffusion. The net surface heat flux, on the contrary, works to reduce the asymmetry through its shortwave radiation and latent heat flux components. The former is due to the nonlinear relationship between SST and cloud, while the latter is resulted mainly from Newtonian damping and air-sea stability effects. Changes in the SST skewness are also evaluated, with more enhanced negative SST skewness over the ETIO found for the cooling than heating scenarios due to the asymmetric thermocline-SST feedback.     

上新期末叶与更新期初叶亚洲气候变迁与冰川的原因

亚洲上新期前叶的气候,由三趾马化石地层的土色看起来,当较现在甚热,而上新期的后叶则不然,因为地势之高起,气候     

中国东部气候年代际变化三维特征的研究进展

围绕发生在20世纪70年代末的中国东部气候年代际变化,近年来,作者围绕着其气候要素变化的区域特点、在不同季节的表现特征和对应的大气环流变化等,进行了系统分析和讨论,较为全面地给出了其变化的三维空间结构图像,本文对这方面的研究进展进行了总结。研究表明,我国东部气候的年代际变化具有显著的三维结构特征,它与东亚对流层中上层温度的变化存在直接联系,具体表现特征随季节而变化。对流层中上层出现的年代际尺度变冷,一方面通过其上层的气旋式环流异常,使得东亚急流轴以南的西风增强,一方面通过其下层的反气旋式环流异常,导致东亚夏季风减弱。西风急流增强通过改变对流层中上层的辐散强度,触发独特的云－辐射反馈过程,对青藏高原下游地面气温变冷发挥重要作用;西风急流偏南和夏季风减弱,最终导致中国东部“南涝北旱”型降水异常。东亚对流层上层变冷和青藏高原下游地面气温变冷开始于3月,与近几十年来冬季北大西洋涛动(NAO)的增强趋势存在显著联系。从3月到9月,对流层上层冷中心的位置和强度随季节而变化:从3月到5月,冷中心逐渐南移并加强,5月移至35oN以南,导致中国东南部地区出现干旱化趋势;冷中心在7～8月的盛夏季节位于(40oN,110oE)附近,造成中国东部的“南涝北旱”型降水异常。该研究为评估大气环流模式和海气耦合模式的模拟性能、检验不同强迫因子在东亚气候年代际变化中的作用,提供了直接的观测依据。对参加WCRP组织的IPCC AR4“二十世纪气候耦合模式模拟”计划的19个耦合模式模拟结果的分析表明,在包括气溶胶和温室气体在内的实际外强迫作用下,目前的耦合模式难以模拟出发生在20世纪70年代末的东亚气候年代际变化。无论对东亚气候变化归因研究,还是对适合东亚气候的数值模式研发,本文都提出了新的问题。