青藏高原与全球环境变化研究进展

文章从 4个方面简要介绍了青藏高原与全球环境变化的最新研究进展 :(1)新生代青藏高原的隆升过程与东亚环境演化 ;(2 )末次间冰期以来的气候环境记录及重大气候突变事件 ;(3)青藏高原2ka以来温度、降水变化特征 ;(4 )青藏高原近代气候变化及其环境响应。主要结论有 :第三纪青藏地区曾两次隆升与夷平 ;7MaBP开始高原再次抬升 ,3 6MaBP以来经历了强烈隆起。高原季风的形成演化与高原隆升过程紧密相联 ,2 5MaBP高原季风由浅薄系统变为深厚系统 ,现代季风格局形成。在约 1 1～ 0 8MaBP间青藏高原进入冰冻圈 ,西北地区干旱化、主要沙漠扩展、周边地区新的黄土体系形成均与此有关。高原气候在冰期 /间冰期循环时间尺度上具有升温缓慢、降温迅速的特征。达索普冰芯记录中的CH4 浓度高出极区 15 %～ 2 0 %,并具有很大的波动性。青藏高原最新的一次大湖期时代在 40～ 2 5ka ,代表着一次特强的夏季风暖湿事件。古里雅冰芯研究发现气候突变事件频繁。高海拔地区比低海拔地区对全球气候变化反应更敏感。根据冰芯、湖芯、树轮和历史文献恢复揭示了2ka以来高原温度降水变化特征。百年来青藏高原气候经历了 3次突变 ,2 0世纪 5 0年代以来的变暖趋势超过北半球及同纬度地区。高原冰冻圈 (包括冰川、积雪和冻土 )对近代     

青藏高原隆升及其环境效应

“青藏高原形成演化及其环境资源效应”项目选择青藏高原为典型地区，特别注意高原与毗邻地区的联系，以从全球尺度探讨高原的各种过程，目标集中在大陆碰撞过程和高原隆升过程，以过程为主线贯通碰撞机制、环境变化和资源分布规律的研究；时间上着重新生代以来，在不同精细时间尺度上定量地描述碰撞和隆升的动态过程及环境变化。运用地球科学、生命科学、环境科学及各学科之间有机交叉、综合研究的方法，开展大陆碰撞动力学、环境变化、现代表生过程及各圈层相互作用等重大理论问题的研究，为青藏高原地区的资源开发和环境调控提供科学依据。按照统观全局、突出重点的原则，项目主要研究内容包括以下4个方面：大陆岩石圈碰撞过程及其成矿效应;高原隆升过程与东亚气候环境变化;青藏高原现代表生过程及相互作用机理;青藏高原区域系统相互作用的综合研究。在完成研究计划任务的基础上，项目取得如下的突出研究成果和创新性进展：印度大陆与欧亚大陆初始碰撞时限;青藏高原南北缘山盆岩石圈尺度的构造关系;青藏高原整合构造模型与成矿成藏评价;新生代高原北部重大的构造变形隆升事件序列;高原周边环境变化事件及高原隆升对亚洲季风发展变化的影响;高分辨率气候动态过程及变化趋势;高原主要生态系统碳过程对气候变化的响应;高原气候变化及冰冻圈变化与预测;高原土地覆被变化、恢复整治及管理。     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

青藏高原的隆升与环境变化

基于青藏高原及其周边地带地球深部结构、构造和大陆动力学的研究，探讨了冈瓦纳古陆解体后，印度板块北进与欧亚板块碰撞作用的后效。由于印度板块中、上地壳与地幔盖层物质挤入，南北双向挤压力系以及复杂深层动力过程的作用，深部物质被分异、调整，致使地壳缩短增厚，深部物质侧向流展，导致青藏高原整体隆升。随着青藏高原的隆起，形成了特异的深部结构与深层过程。这不仅极大地改变了古亚洲的地貌景观和自然环境，使青藏高原进入冰冻圈，而且造成高原及其周边地域剧烈的水热活动和特异的地震活动，强烈地改变了该区人文气候、生物区系和生态环境，从而构成中—新生代以来东亚乃至全球系统最为壮观的地球科学事件之一。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展：①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

中国冰冻圈水文过程变化研究新进展

冰冻圈显著的变化已经对冰冻圈水文过程产生了一系列影响。本文重点梳理和分析了近20年，尤其是近10年以冰川融水、融雪径流、冻土水文等为主体的中国冰冻圈水文过程变化研究方面取得的新进展:①在冰川融水变化研究方面，对不同尺度的冰川融水开展了全面研究，发现冰川融水呈现全面增加之势；对冰川融水"拐点"是否出现进行了科学辨识，有了基本认识；对冰川融水过程进行了模型模拟，取得显著进展。②在融雪径流变化研究方面，通过对不同流域融雪径流估算，可基本掌握各河流的融雪贡献率；中国融雪径流变化差异较大，增减不一；融雪期变化具有普遍性，突出特点是峰值提前。③在冻土水文研究方面，通过对地表水-活动层壤中流-多年冻土层上水之间关系的研究，揭示了冻土区径流形成的重力和热力耦合机制；多年冻土变化对地表径流的影响已经显现，主要表现在冬季（枯水季）径流增加；已经发现多年冻土退化对径流有直接补给作用，在一些流域补给量可能达到一定量级。     

青藏高原古里雅冰帽冰碛和冰水沉积物粒度特征及其意义

冰冻圈演化不仅与青藏高原水塔变化、地表侵蚀风化及荒漠化密切相关,还深刻影响着亚洲季风系统和全球气候,冰碛物的粒度组成可以为冰冻圈演化提供重要信息,但高原冰碛物的特征粒度组成及其形成机理仍不清楚,高原冰碛物与高原冷黄土及河湖沉积物的关系也不明确。为此,选择青藏高原最大的冰帽——古里雅冰帽的冰碛物及系列冰水沉积物,开展系统粒度组成研究。研究发现：自终碛到冰川前端冰水扇及下游河流冰水沉积均表现出特征的双峰模态,即1~3 Φ（500~125 μm）的中细砂峰和6~8 Φ（16~4 μm）的细粉砂峰,前者可能由冰川压碎、寒冻风化崩裂作用造成,后者由冰川研磨作用形成,并受到源区基岩岩性软弱和组成颗粒大小的影响。冰川磨蚀的细粉砂组分含量,从冰碛物经冰水扇、河流到湖滩沉积物整体呈现减小趋势,粗粉砂在湖滩沉积中几乎完全被风吹走,粗粉砂直接成为下游黄土的物源并富集其中成为黄土特征组分,水流分选在开口湖泊中产生粗、细粉砂的明显富集,这些证据揭示出,无论是与冰川发育相关的尾闾湖沉积还是近源、远源的青藏高原及周边黄土沉积,其粉砂组成和来源,均可为高原冰冻圈的形成演化提供重要信息。     

青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。     

近年来中国第四纪研究与全球变化

多种多样的第四纪沉积物广泛分布于中国的陆地和海洋，黄土、沙漠、红土、湖泊、岩溶、冰川以及悠久的历史文化，有着丰富的气候环境演变信息，全球在第四纪时期发生的各种变化，出现的各种事件几乎都可以在中国找到记录。青藏高原的隆升对周边乃至全球的环境演变有着重要影响。中国是进行全球变化研究的重要地区。     

《冰川冻土》征稿简则北大核心CSCD

《冰川冻土》聚焦服务于冰冻圈科学及其分支学科,如冰川学、冻土学、寒区工程学、冰冻圈水文学、冰冻圈生态学等学科发展,重点报道冰川(冰盖)、积雪、冻土、海冰等关键冰冻圈要素的过程与机理、冰冻圈变化的影响与适应,以及相关的全球变化方面的基础研究和应用研究。重点关注具有创新性、高水平及对国民经济建设有重要意义的新思想、新观点、新理论和新方法,传播冰冻圈科学与可持续发展相关的科学知识,推动国内外学术交流,服务冰冻圈及其影响区域的经济社会可持续发展。     

雪冰中汞的研究进展

汞是具有特殊物理化学性质的重金属元素,其较强的挥发性使之能够参与全球尺度传输,汞的高毒性又能对人类和高等生物体产生极大危害,因而汞是一种全球性污染物,在近几十年来备受科学界的关注.汞的全球生物地球化学循环演化规律是目前环境科学领域的研究热点.冰冻圈是地球系统的关键组成部分之一,是各圈层相互作用的重要环节;而雪冰是冰冻圈的主体,是环境和气候记录的良好载体之一.对南极、北极和中低纬高海拔冰川现代雪冰和冰芯中汞的季节变化、空间差异以及历史变化的研究成果进行了综述,总结了北极和亚北极地区汞的雪/气界面过程研究,归纳了汞的实验室检测手段和方法.针对该领域目前研究上的空白和热点,分别对利用冰芯高分辨率和长时间序列记录重建工业革命以来汞的变化历史(特别在青藏高原)、中低纬冰川区汞的雪/气界面过程、雪冰中汞的同位素分析等进行了展望.     

青藏高原复杂地表能量通量研究

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”（GAME/Tibet）和“全球协调加强观测计划（CEOP）亚澳季风之青藏高原试验研究”（CAMP/Tibet）的加强期观测和长期观测已经进行了9年多,并且已取得了大量的珍贵资料。首先介绍了GAME/Tibet 和CAMP/Tibet 试验的情况,并利用观测资料给出了局地能量分布（日变化和月际变化）特征。复杂地表区域能量通量研究是青藏高原地气相互作用研究中的重中之重。卫星遥感的应用成为解决这一问题，即实现GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验主要初衷的必不可少的手段。利用卫星遥感观测（Landsat 7 ETM）资料结合地面观测的方法,计算得到了相关地区非均匀地表区域上的地表温度、地表反射率、标准化差值植被指数(NDVI)、校准的调整土壤植被指数（MSAVI）、植被覆盖度和叶面指数(LAI)及能量平衡各分量（净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量）的分布图像，所得结果基本可信。为了得到整个青藏高原复杂地表的热通量分布，中国科学院青藏高原研究所正在与其他研究单位一起建立青藏高原地表和大气过程监测系统（MORP）。最后介绍了该监测计划和已建立的3个综合观测研究站及如何利用建立的台站把站点观测的热通量推广到整个青藏高原的途径。     

青藏高原持久性有机污染物的研究进展

由于青藏高原特殊的地理条件,对研究持久性有机污染物 (POPs) 的迁移与转化等地球化学过程有着独特的意义。平均海拔高于4 000 m,高山冷凝效应在高原上得到集中体现。大面积的人迹罕至的环境,POPs的分布很少受到人为二次影响。高原地区特有的多冰川的存在,完整地记录了POPs的沉降历史。随着近年来对青藏高原POPs的监测和研究工作的开展,研究者逐渐认识到对高原POPs研究的重要性和认识的不足之处。本研究就目前为止对高原地区POPs的研究现状进行综述,着重介绍对青藏高原不同环境介质中POPs的监测及研究成果,同时总结了高原POPs的物质来源与迁移等研究成果,并根据研究现状提出了展望。     

1979—2100年青藏高原夏季大气0 ℃层高度变化分析

大气0 ℃层高度是决定青藏高原冰冻圈消融状态的重要指标。基于ERA5再分析资料,分析了1979—2019年青藏高原夏季大气0 ℃层高度时空变化,发现青藏高原夏季大气0 ℃层高度介于4 423~5 972 m之间,以高原中南部（30°~32° N,83.5°~88.5° E）为高值中心,呈纬向分带状向四周逐渐降低。过去41 a青藏高原夏季大气0 ℃层高度总体呈持续上升趋势,高原北部上升趋势大于南部,祁连山地区上升趋势最为明显,为60 m?（10a）^-1,而在高原西南部略呈下降趋势。平均而言,青藏高原夏季地面温度每升高1 ℃,大气0 ℃层高度升高122 m。利用CMIP6模式数据,预估在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种社会共享路径情景下,2020—2100年期间青藏高原夏季大气0 ℃层高度都呈现升高趋势,但不同情景下升高趋势在空间上差别较大。相对于1979—2014年参考时段,在四种情景下,到2081—2100年青藏高原夏季平均大气0 ℃层高度将分别升高265 m、394 m、576 m 和729 m;相对应的是到2081—2100年,在高原上处于夏季大气0 ℃层高度以下的冰川面积分别为第二次冰川编目数据的79%、86%、94%和98%。仅从夏季大气0 ℃层高度变化角度看,在SSP5-8.5情景下,到本世纪末期,预估除帕米尔高原和昆仑山西北部地区外,青藏高原其他地区的冰川在夏季将不存在积累区。     

近1000年来青藏高原南部和北部 大气尘埃载荷变化的冰芯记录*

依据青藏高原目前所取得冰芯的尘埃分析结果,初步分析了近1000年来青藏高原南北大气尘埃载荷的时空变化特征。研究表明,高原南部达索普冰芯记录的高尘埃含量时期为1270s~1380s和1870s~1990s,而北部马兰冰芯记录的高尘埃含量时期为1130s~1550s和1770s~1940s。近1000年来青藏高原南北冰芯中尘埃含量呈现不同程度的增加总趋势,这可能指示了环境的变干趋势。青藏高原冰芯记录还反映出,高原北部地区大气中的尘埃载荷明显高于南部地区;高原北部地区大气尘埃载荷春季最大,而南部地区非季风季节最大。另外,通过对高原南北冰芯中尘埃含量记录与δ¹⁸ O记录之间相关关系分析,揭示出大气尘埃载荷变化与气温变化之间关系在高原北部地区呈显著负相关,而在南部地区却呈显著正相关。这说明青藏高原南北气候环境变化的差异性。     

人类巨量碳排放后果分析: 来自青藏高原综合调查的启示

人类巨量碳排放究竟导致什么后果,争议颇大,只有深入研究始新世以来大气CO₂浓度与环境变化,才有可能正确认识未来人类自身巨量碳排放之后果。大量研究揭示出: 从始新世到渐新世末期,大气CO₂浓度大幅下降,全球变冷,形成了大陆冰川; 中新世至今,大气CO₂浓度在低浓度背景之下长周期缓慢下降。当前尚不清楚何种机制主导了这一变化过程,也不清楚形成大陆冰川的水来自何方。为此,从青藏高原深部碳循环、表层水循环和环境变化的角度探讨这些问题,再分析未来人类巨量碳排放之后果。青藏高原在生长、隆升过程中,通过硅酸岩化学风化、植物光合作用、陆内俯冲(深埋)、水岩反应等方式,持续将巨量大气CO₂转化为富含碳元素的固、流体,封存在青藏高原新生的厚地壳之中,大幅降低了大气CO₂浓度,导致了全球变冷、大陆内陆(含青藏高原,下同)表层失水变干,形成了大陆冰川。渐新世—中新世之交,青藏高原生长到改变大气环流的规模,形成了亚洲季风,大陆内陆进一步荒漠化,捕获CO₂的量大幅下降,并与青藏高原内部所释放CO₂的量达到了准动态平衡,这是中新世以来大气CO₂浓度变化的主要机制。人类巨量碳排放彻底扭转了大气CO₂浓度长周期缓慢下降的趋势,大陆冰川因全球变暖所形成的液态水不会长期停留在海洋里,而以大气降水的方式重新回到干冷的大陆内陆,青藏高原将因此再次成为巨型水塔,缓解30多亿人的清洁饮用水问题。持续生长的高原和当前干冷荒漠化的大陆内陆通过前述多种方式固化人类排放的巨量CO₂,导致未来大气CO₂浓度在较高浓度背景下保持稳定,届时沙漠变绿洲,黄土高原变成有机质丰富的黑土高原,人居环境大幅改善; 但在盆地内部,PM2.5难以扩散,易形成雾霾。全球平均海平面因海水热膨胀而缓慢上升,上升速率约为1 mm/a。水主要在大陆冰川与内陆表层之间循环,与海平面升降之间没有因果关系。因此,人类巨量碳排放所导致的全球变暖对于人类自身的发展是利大于弊。     

A Middle Pleistocene Glaciation Record from Lacustrine Sediments in the Western Tibetan Plateau and Discussion on Climate Change

The Tibetan Plateau is an important area for studying global climate change, but the answers to many scientific problems remain unknown. Here, we present new information from the lacustrine sedimentary record in the western Tibetan Plateau, related to the third most-recent glaciations. Continuous sediment data, including sporopollen, particle size, total organic carbon, mass susceptibility, CaCO3, CaSO4, BaSO4 contents and chronological data, were reconstructed and revealed that climate and environmental conditions obviously and distinctly changed between 600 and 700 thousand years ago. In comparison, the data obtained from the Guliya ice core in this area also corresponds to the global glacial climatic characteristics recorded in basin sediments in the eastern and southeastern regions of the plateau and to the information obtained from ice cores in the Antarctic and Arctic regions. In this study, we conclude that the main reason for the glaciations and new tectonic movement must be a geomagnetic polarity reversal 774 thousand years ago (from Matuyama to Brunhes). Indeed, the results of this study suggest that the described reversal event might have influenced the current global climate pattern and will continue to impact climatic changes in the future.