末次冰盛期中国气候要素定量重建

古气候定量化是古全球变化研究的核心目标之一.重建末次冰盛期时段((18±2)ka~(14)C)气候变化特征,对理解冰期-间冰期地球气候演化规律具有重要的意义.以往古气候要素定量重建,主要基于现代气候条件下孢粉-气候的统计学方法,因难以有效区分过去气候季节性变化和大气CO_2浓度降低对植物生长的影响,导致重建结果可能存在不确定性.本研究基于植物生理过程、新一代古气候定量重建的植被反演方法,考虑上述环境因子对植物生长的影响,利用新完善的中国第四纪孢粉数据库,重建了古气候的空间格局.结果表明,在末次冰盛期,大气CO_2浓度降低对中国古气候要素重建结果影响不显著;全国年均温比现在低约(5.6±0.8)℃,最冷月温度和最热月温度分别降低约(11.0±1.6)℃和(2.6±0.9)℃,且中国南方降温幅度达到约(5.5±0.5)℃,接近平均值的水平,年均温变化主要归因于冬季温度的降低;全国年降水量比现在低约(46.3±17.8)mm,其中北方降水减少约(51.2±21.4)mm,年降水变化主要源于夏季降水的减少.与古气候模拟结果的对比揭示,虽然现有模式能较好模拟年均气候模态,但是在季节性变化上与重建结果还有较大的差距,指示未来在提高古气候重建精度的同时需进一步加强古气候模式的季节性气候模拟能力.     

孢粉-气候定量重建方法体系的建立及其应用——以青藏高原东部全新世温度重建为例

长时间尺度气候变化的定量重建结果可为理解气候自然变率及其机制提供参考,并为气候模拟提供边界条件与验证.然而,由于已有定量重建方法体系并不完善,许多重建结果的可信度存在很大不确定性.本研究建立了一个基于高质量现代孢粉数据库的定量重建方法体系:包括现代孢粉数据筛选、训练集选择、主控气候因子分析、最优模型建立、评估检验和生态解释等多个步骤.将该方法体系应用于青藏高原东部若尔盖盆地的三个高分辨率孢粉记录,定量重建了研究区全新世温度变化.结果表明,全新世早期最暖月温度(MT_(wa))约为10.4℃,随后温度逐步升高,在8.5～6ka BP达到全新世最高(约11℃).经历了早、中全新世的温暖气候后,温度持续降低1.2℃,在新冰期期间达到全新世温度最低值.除全新世整体变冷趋势外, MT_(wa)还具有明显的500年周期波动,其信号强度随时间有所波动.温度的高(低)值与太阳活动的最大值(最小值)同相位变化,这表明青藏高原东部地区百年尺度气候波动很可能受到了太阳活动的影响.     

中国第四纪花粉现代过程:进展与问题

花粉现代过程是第四纪花粉分析的基础,对正确解释地层花粉组合,定量恢复古植被、古气候至关重要.近年来,孢粉学者对花粉现代过程开展了很多卓有成效的工作,取得了长足进展.本文基于前人研究成果和笔者近几十年对花粉现代过程的探索,从花粉产量、花粉传播、花粉源范围、花粉沉积、花粉保存、花粉与植被和气候的关系及人类活动和土地利用等多个方面进行了综合探讨,介绍和评述了第四纪花粉现代过程的进展与问题.通过对比已有研究成果,笔者认为近几十年来国内外孢粉学者在古气候和古植被定量重建研究中取得了重要进展;但不同重建方法各有优缺点,且适用范围不同;花粉产量、花粉源范围、花粉传播与散布、古气候和古植被重建方法和模型等尚不完善,都有待改进;更希望尝试和研发新模型和新方法,进而获得更可信的古气候和古植被记录.虽然国外学者较早开展了花粉与人类活动关系研究,但目前中国在花粉与人类活动和土地利用研究方面处于领先地位,率先开展了人类活动强度定量重建的尝试,希望国内相关学者在今后研究中继续予以关注,以期在地层中定量识别和提取古人类活动信息方面有所突破.此外,国内外对花粉沉积过程和花粉保存研究尚显不足,虽然部分学者就其开展了部分实验和模拟,但缺乏自然环境条件下花粉沉积和埋藏过程研究,亟待开展相关工作.     

中国北方部分科属花粉-气候响应面分析

以中国北方地区不同类型植被下的215个表层土壤样品中花粉丰度及每个采样点的气候参数为基础数据,选择地层中出现频繁、花粉形态特征明显的花粉类型的百分比与7月平均温度及年平均降水量两个气候参数进行多项式回归分析,其结果不仅开拓了从古气候意义上对一些花粉类型的新认识,而且为定量重建古气候提出了较为准确的数量指标。     

东秦岭晚白垩世恐龙多样性降低的气候因素

气候与环境变化是影响生物群演化的关键驱动因素，因此研究陆地生态系统所处的古气候与古环境背景对于探讨生物盛衰甚至灭绝具有重要的意义.我国盛产恐龙骨骼和恐龙蛋化石，但迄今对于古气候-环境演化与恐龙种群数量和多样性演化联系的研究相对匮乏.东秦岭地区发育多个晚中生代-早新生代陆相沉积盆地，蕴含大量晚白垩世恐龙骨骼和蛋、新生代哺乳动物化石，是开展古气候与恐龙动物群多样性演化关系，探究恐龙灭绝原因的理想场所.本研究对东秦岭灵宝盆地好阳河剖面开展环境磁学和元素地球化学研究，重建了该区晚白垩世-早始新世期间的化学风化强度和古水文循环过程，以揭示生物-环境协同演化的关系.化学风化强度和磁化率记录表明晚白垩世-早始新世期间灵宝盆地古气候-水文环境发生了三次大的阶段性变化：在约74.4～68.0 Ma,研究区处于水动力较稳定的深湖相沉积环境和逐渐变冷的气候状态；随后68.0～65.8 Ma时期研究区逐渐干旱化，水文波动变强；在65.8～54.7 Ma,区域气候变化强烈，呈现明显增强的干湿水文循环.本研究揭示了古气候-水文环境变化与恐龙种群演化的关系，提出东秦岭地区在晚白垩世末期(约68～66 Ma)的气候干...     

孢粉-气候对应分析重建上海西部地区8.5 ka B.P.以来的气候

利用现代和化石孢粉资料，借助于对应分析方法，进行了古气候定量重建尝试，取自中国东部区域的表土层孢粉数据被用来建立孢粉－气候转换函数，对取自上清青浦县赵巷有^14C测年的钻孔孢粉数据进行转换，重建了上海地区8．5kaB.P.以来年年温度和降雨量系列，结果表明：约8．5kaB.P.以来，本区温度和降雨量持续升高，约8．2－6．0kaB.P.期间为全新世气候适宜期，年均温和降水量值平均高于现今值0．9℃和160mm，约8．0kaB.P.达到最高值（湿度和降雨量为18．5℃和1575mm)；但气候波动剧烈；约6．0－4．0kaB.P.期间为温凉干燥期，气候波动平缓，年均温度和降雨量平衡低于现今值，最低值为13．5℃和827mm(4.1kaB.P.);约4．0－2．0kaB.P.，期间温度和降水回升，但暖湿程度远不及全新世大暖期。2．0kaB.P.以来温度和降雨又呈下降趋势。8．0kaB.P.、7．6kaB.P.和27kaB.P.前后的出现高温高湿峰值，7．5kaB.P.、7．3kaB.P.和4．0kaB.P.前后出现低温低湿谷值。气候变化对本区古文化的发展可能有重要影响。     

110ka来洛川黄土地层中蜗牛化石记录与环境因子分析

通过分析洛川黄土剖面S1以上地层118个样品的蜗牛化石,划分出6个蜗牛化石组合带。对22个蜗牛化石种类的数据进行分析,选取了6个环境意义明确的主因子。结果表明:约110ka以来,洛川古气候长周期变化具有冷干、暖湿交替演化的总体趋势。但即使在古气候总体趋势呈现干冷的时期,也会阶段性地出现短期的、季节性的湿润环境。文中对影响各类环境因子变化的因素做了初步的讨论。     

华北平原末次冰盛期以来典型时段古环境格局

重建典型时段区域气候和植被空间格局变化,是评估未来增温背景下生态环境变化和响应过程的重要基础.文章基于AMS ~(14)C定年技术和孢粉分析,获得了华北平原白洋淀等6个剖面末次冰盛期以来的气候-植被变化历史.结合区内已有孢粉记录,重建了华北平原末次冰盛期和全新世暖期的古环境格局.结果显示,华北平原区域植被变化受气候条件、地貌景观和人类活动等因素共同影响:末次冰盛期,华北平原气候寒冷干旱,南部山地发育针阔混交林和落叶-常绿阔叶林,北部山地生长耐寒针叶林-针阔混交林,森林面积相对较小;平原南部生长中生或湿生草甸,北部发育温带草原-荒漠草原;滨海区陆架大面积出露,生长藜科为主的盐生植物.全新世暖期,华北平原气候温暖湿润,南部山地发育落叶阔叶林或落叶-常绿阔叶混交林,伴生有喜暖亚热带属种,北部山地生长落叶阔叶林,部分喜暖湿植物常有出现,森林面积相对增加;平原腹地草本植物仍占优势,森林面积较小且难以形成地带性森林景观;受海平面上升影响,滨海区原有盐生植被向内陆收缩;此外,这一时期华北平原人类活动范围扩大、农业生产频繁,对区内自然植被产生了一定影响.文章为中国北方古气候数值模拟、区域碳循环评估和未来增温背景下区域生态环境变化预测等提供了基础数据和科学依据.     

青藏高原中部纳木错流域孢粉多样性的时空变化及其对高寒植被恢复的启示

孢粉多样性可为植物多样性和植被变化历史的研究提供诸多线索.目前青藏高原地区尚未有现代孢粉多样性和过去植物多样性变化的研究.基于青藏高原中部纳木错流域的37个表土和63个湖泊表层沉积物孢粉组合,利用Shannon-Wiener指数(H)和孢粉丰富度指数(E(T_(600)))定量构建了该地区现代孢粉多样性的空间分布格局.结果显示,不同植被类型孢粉多样性指数的差异反映了流域内植物多样性的空间变化.东南部高寒草原区域的孢粉多样性较高,在高寒草甸和沼泽草甸植被区域则较低.湖泊表层沉积物孢粉组合主要来自于流域内高寒草原植被和山地垂直植被带.因而纳木错沉积物记录的孢粉多样性可以有效的反映过去植物多样性的变化.通过纳木错NMLC-1孔化石孢粉组合,重建出过去8400年以来当地植物多样性经历了逐渐上升的长期变化,并发生过多期快速变化事件.这主要受控于气候持续变冷驱动下山地垂直植被带的向下迁移.青藏高原中部与纳木错流域面临着气候变暖与植被退化等环境问题的挑战,该地区高寒植被恢复工作应重视山地垂直植被带和地带性高寒草原植被,并从植物多样性的长期变化历史中寻找参照.     

西藏札达盆地上新世植物群及古环境

文章系统报道了青藏高原西端札达盆地香孜地区上新统地层中发现的植物叶片化石组合,共鉴定植物化石10科12属21种.研究表明札达盆地上新世的植被是以栒子、绣线菊、锦鸡儿、沙棘、杜鹃花、金露梅等灌木构成的落叶灌丛,叶形普遍微小.通过共存分析法和叶相-气候分析法重建古气候,表明札达香孜地区在上新世时有着较现今高的温度和降水,降水季节性差异明显.古海拔重建表明札达盆地在上新世的高程已经与现代相近.在亚洲中部干旱化的大背景下,该地区在新生代晚期以来的逐渐干旱导致了植被由灌丛向荒漠的转变,植物区系成分也随之发生改变.     

松辽盆地西部斜坡区新近纪孢粉组合及其地质意义

依据松辽盆地西部斜坡区首次新近纪全取芯井样品中获得的丰富孢粉与藻类化石的分布特征,自下而上划分出两个孢粉藻类组合,命名为Caryapollenites simplex-Momipites coryloides-Celtispollenites sp.-Tsugaepollenites igniculus组合和Artemisiaepollenites minorBetulaceoipollenites sp.-Carpinipites sp.-Polypodiaceaesporites sp.组合,分别分布于大安组和泰康组中下部;前者的地质时代为早中新世晚期至中中新世,后者为晚中新世至上新世初期.依据孢粉藻类组合特征,推测研究区大安组沉积时的气候相当于现代的暖温带至北亚热带中生气候,植被基本上为落叶阔叶,间夹少量常绿阔叶的针阔叶混交林,林下有少量蕨类植物,局部有淡水浅水湿地;泰康组沉积时其植被仍以落叶阔叶间夹有少量常绿阔叶的针阔叶混交林为主,林下旱生草本植物较为发育,处于暖温带至北亚热带中生偏旱范围之内,但比大安组沉积时期更凉一些和更旱一些.上述孢粉组合特征确定的地质时代以及古植被和古气候分析结论,丰富了松辽盆地中新生代孢粉地层学研究内容,为今后松辽盆地井下新近纪孢粉地层对比提供了最新参考资料,为邻区新近纪生物地层对比以及古植被和古气候分析提供了孢粉学证据.     

临汾盆地晚第四纪地层划分与新构造运动分析

为划分临汾盆地第四纪地层,在临汾市东布设1个控制性钻孔,描述其所揭示的地层岩性特征。通过对钻孔剖面中269件孢粉样品的孢粉组合进行分带讨论,结合9个光释光样品和12个电子自旋共振样品的年龄测试结果,认为该控制性钻孔记录了379ka B.P.以来的沉积地层,其中埋深0~0.4m属于全新统,0.4~80.8 m属于上更新统(孢粉记录揭示出相对干燥寒冷的古气候特征,终末期气候转暖,降水增多),埋深80.8m以下属于中更新统(代表了温暖潮湿的古气候特征)。晚更新世以来平均沉降速率为0.64mm/a,远高于临汾盆地第四纪平均断陷速率,表明晚更新世以来临汾盆地的新构造运动呈现增强趋势。     

西宁地区第四纪晚期孢粉组合及古环境

西宁地区位于黄土高原与青藏高原的接壤处,是环境和气候变迁的敏感地带。本文对西宁市北川河河谷地区黄土沉积的钻孔剖面进行了孢粉分析,获得了比较丰富的孢粉数据,结果呈现出以松、桦、蒿及藜等木本及草本植物花粉为主的孢粉组合。据各类植物花粉量在该剖面垂向上的明显变化,由下而上可划分为5个孢粉带。研究表明,该剖面的孢粉分析数据及资料不仅记录了75kaB.P以来大量的古地理及古环境的变迁,也揭示了西宁地区晚更新世以来古植被及古气候的演替及变化,其演变分别经历了5个阶段:第一阶段为森林型针叶林,反应了温爽轻湿的气候;第二阶段为针叶林,为温凉轻润的气候;第三阶段为针叶林夹稀树草原,属温和湿润夹温凉轻湿的气候;第四阶段为森林草原,反应了温凉轻爽的气候;第五阶段为针叶林,反应了温和湿润的气候。     

中国东北表土花粉组合特征及其在古气候重建中的意义

中国东北地区位于东亚夏季风影响范围的北界,是研究东亚夏季风强弱变化的理想区域.东北地区现代花粉数据的缺乏阻碍了该地区化石花粉记录的解译及古植被、古气候的定量重建.文章选取中国东北地区西部的森林、典型草原及草甸草原内共44个样点开展现代花粉与植被、气候关系的研究.聚类分析、指示值法和主成分分析被用于研究花粉数据的间断分布和连续变化趋势;相关分析与增强回归树分析用于确定主要的气候解释变量,而协惯量分析、冗余分析分别用于探查花粉-植被、花粉-气候的关系.研究结果表明:(1)表土花粉谱能够很好的代表植被类型.森林植被以高含量的乔木花粉(70%)为特征,桦属为优势类群(含量40%),并伴有一定数量的桤木属、落叶松属、松属等花粉;而典型草原则以草本花粉为主(80%),以蒿属、藜科花粉占优势;(2)花粉组合与年均温度、年均降水的相关性显著,表明花粉组合可用于指示东北地区温度和降水量变化;(3)蒿属/藜科比值、乔木/非乔木花粉比值在东北地区可分别作为湿度、温度的良好代用指标.     

青藏高原湖泊表层沉积物GDGTs分布特征及其影响因素

过去温度变化的定量记录对于深入探讨气候变化机制非常重要,不仅有助于检验并改善气候模式模拟的准确性,也可以为全球变化背景下的气候变化幅度提供参考.青藏高原由于其特殊的地理位置影响着大气环流格局,研究青藏高原气候变化有助于理解高原对全球气候变化的响应及其与全球气候系统之间的关系.生物标志化合物代用指标在气候变化研究中的应用为定量重建高原过去温度变化提供了可能.湖泊沉积物中甘油二烷基甘油四醚类化合物(GDGTs)来源相对复杂,其分布特征受多种气候与环境因素影响.本文对青藏高原27个湖泊表层沉积物及部分湖泊流域表土样品GDGTs进行分析,探讨湖泊表层沉积物中GDGTs分布特征的影响因素,并建立其与气候要素的定量关系.结果显示:(1)绝大多数湖泊表层沉积物GDGTs以b GDGTs为主,crenarchaeol和GDGT-0含量较低;(2)高原多数湖泊表层沉积物与表土GDGTs分布没有显著差异,表明i GDGTs可能同时来源于湖泊环境和陆源输入;(3)湖泊表层沉积物i GDGTs分布主要受湖水水化学要素(p H和盐度)及近地表大气年均温的影响,对于青藏高原小型湖泊,TEX86可能反映湖水p H的变化;(4)湖泊表层沉积物b GDGTs分布主要受气候要素(温度和降水)控制;(5)利用已发表的转换方程重建高原同一地区温度差异明显,因此利用GDGTs定量重建青藏高原过去气候前必须开展GDGTs的现代过程调查.本研究基于湖泊表层沉积物b GDGTs分布,分别利用代用指标(MBT,CBT)及不同b GDGTs化合物组分丰度(fabun)与湖泊所在地的年均气温(MAAT)建立了适用于青藏高原湖泊古气候研究的转换方程,为高原古气候定量重建提供研究基础.     

古气候数据同化:缘起、进展与展望

对过去气候变化的准确重建,有助于理解过去气候变化机制、认清现在气候变化形式和预估未来气候变化情景.古气候数据同化是2000年才出现的一种过去气候重建方法,是目前古气候重建领域的一个重要研究方向,它植根于大气、海洋和陆面数据同化的理论框架内,将气候模式和代用资料有效融合,优势互补,以期得到既符合气候变化物理学规律和动力学机制、又包含代用资料记录的气候变化信息的重建结果,在古气候重建领域已经崭露头角.结合国外古气候数据同化研究历程与现状,介绍了古气候数据同化的背景、概念、理论基础,概括了其特点和发展脉络,分析了目前应用较为活跃的三种古气候数据同化方法(松弛逼近法、粒子滤波、集合平方根滤波)及其部分研究案例,并对古气候数据同化目前所存在的一些关键问题进行了阐述.最后对古气候数据同化在未来可能需要重点关注的研究方向作出了展望.     

吉兰泰盐湖沉积物孢粉记录的季风边缘区全新世气候演化

全新世气候具有不稳定性,且存在着区域差异,在季风边缘区尤为显著.因此,本研究选取季风边缘区吉兰泰盐湖沉积物的孢粉记录并结合AMS14C测年结果,对该地区全新世的古植被演化及古气候变化历史进行了重建.结果表明,在全新世阶段,该地区植被类型未发生变化,以干旱的荒漠植被为主.早全新世(10.5 8.5 cal ka BP),以蒿属孢粉为主,伴随出现少量藜科、禾本科及麻黄属孢粉,蒿藜比(A/C比值)相对稳定(4.11左右),指示全新世早期气候逐步转湿的过程,在8.5 cal ka BP,蒿属孢粉数量下降且被藜科孢粉取代,指示一次明显气候干旱事件;中全新世(8.5 3.5 cal ka BP),蒿属孢粉含量增加及藜科孢粉含量降低,A/C比值在7.1 cal ka BP左右达到峰值,指示该地区中全新世气候最为湿润;晚全新世(3.5 cal ka BP至今),藜科孢粉含量增加且超过早全新世,A/C比值低至3.66,区域呈现明显的干旱化趋势.此外,结合吉兰泰盐湖沉积物矿物组成结果,发现中全新世湖泊沉积物中,钙芒硝大量出现,一定程度上指示降水量增多所带来的淡水注入,与孢粉指标指示该阶段湿润的结果一致.通过区域对比,发现吉兰泰地区在全新世时期的气候演化模式与东亚季风区具有较好的一致性,表明该地区受到东亚夏季风的影响较大,尤其是在中全新世,东亚夏季风增强,带来较多的降水,气候湿润.     

新疆孔雀河北岸72-51 ka BP湖相沉积物中粘土矿物特征

对新疆孔雀河北岸LX02剖面湖相沉积物开展光释光和粘土矿物样品X射线衍射分析,根据样品中的粘土矿物成分及质量分数对本区古气候演化进行了探讨.结果显示,该剖面湖相沉积自72 ka BP延续到51 ka BP.这期间,研究区粘土矿物以伊利石占绝对优势(56%~64%,平均为61%),其它粘土矿物有绿泥石(18%~26%,平均为22%)、高岭石(7%~12%,平均为8%)和伊/蒙混层(5%~15%,平均为9%),这与塔里木盆地粘土矿物组成颇为一致.具体来说,72.4—66.8 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和较高,同时绿泥石含量较高,对于高岭石而言,除了一个样品外,其它样品的平均值较低,伊/蒙混层含量较低,指示该时段为冷干气候环境;66.8—56.1 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和最低,同时绿泥石含量亦最低,高岭石、伊/蒙混层含量较高,指示该时段为暖湿气候环境;56.1—51.0 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和增大,同时绿泥石含量亦增大,高岭石、伊/蒙混层含量较低,指示该时段为较冷干气候环境.这与孢粉植物群、地球化学元素含量及其主成分F1和粒度、色度及碳酸盐主成分F1'所反映的古气候特征及其变化一致,亦与柴达木盆地东部介形类丰度特征研究、柴达木盆地东部古湖泊高湖面光释光年代学研究、北京平原区有机碳同位素研究等结果吻合较好.研究表明塔里木盆地东部晚更新世气候仍以暖湿-冷干气候变化模式为主.     

青藏高原草原带和荒漠带湖泊表层沉积物现代花粉研究

花粉现代过程研究是基于化石花粉谱重建古植被和古气候变化的基础.尽管青藏高原已经有大量花粉现代过程研究,但是仅有少数关于湖泊表层沉积物现代花粉组合的报道.本研究分析了青藏高原草原带和荒漠带34个湖泊的表层沉积物花粉组合,结果显示,这两个高原植被带的现代花粉组合以草本、灌木花粉占优势,不过特征类群的相对丰度具有显著差别.高原荒漠带的现代花粉组合有高含量的藜科Chenopodiaceae花粉,而草原带以莎草科Cyperaceae占明显优势.花粉比值能够清楚地指示青藏高原草原带和荒漠带植被和气候的差异.蒿属/藜科比值(Artemisia/Chenopodiaceae)和乔木/非乔木花粉比值(arboreal/non-arboreal)可指示冬季降水量的变化,蒿属/莎草科比值(Artemisia/Cyperaceae)以及喜旱类群总相对丰度升高指示气候变暖、变干.按湖泊周围的植被盖度对研究点进行聚类分析,发现研究样点可以分为草甸、草原、荒漠草原、荒漠等4个植被组.利用随机森林算法建立花粉-植被重建模型,结果显示,随机森林模型可以准确地鉴别青藏高原的草原带和荒漠带;当研究样点植被类型按聚类分析结果分为4种时,随机森林模型准确性略降低,但仍有较可靠的预测能力.今后将更多的湖泊表层沉积物花粉组合数据作为随机森林算法的训练集时,建立的花粉-植被模型极有潜力在青藏高原古植被重建中得到广泛运用.     

青海湖盆地35万年来的植被演化及环境变迁

本文依据青海湖南岸二郎剑阶地QH-86孔(深155m)中200余个孢粉样品的分析资料,将该孔深78m以上的孢粉图式,从下至上划分出七个区域性孢粉带,并结合铀系法测年数据,论述了350ka B.P.来的湖区植被和环境演变。其气候曲线与毗邻的柴达木盆地,甚至与深海钻孔及洛川黄土,具有可对比性。