江西中部玉华山沼泽泥炭记录的过去两千年气候变化初步研究*

过去2ka是研究气候变化的重要时间段,其中中世纪暖期、小冰期和现代暖期备受关注,但气候阶段的起止时间、温湿配置等还存在争议。本文选取赣中玉华山沼泽泥炭钻孔进行孢粉、粒度、腐殖化度、烧失量、Rb/Sr、Zr/Rb等多指标分析研究过去2ka来气候变化。结果揭示过去2ka研究区域的气候变化可以分为5个阶段：1）0~600A.D.期间该地区主要表现为较为冷湿的气候;2）600~850A.D.进入隋唐暖期,气候转暖干;3）850~1400A.D.对应中世纪暖期,中间存在次级波动,整体上表现为湿润气候;4）1400~1900A.D.进入小冰期,处于冷干环境,但是中间存在一些次级波动;5）1900~2000A.D.进入现代暖期,气候较为湿润。对比分析表明,该研究区域的气候变化响应了东部季风区过去2ka的气候变化趋势。

     

中纬度亚洲现代间冰期气候变化的“西风模式”讨论

中纬度亚洲地区存在主要受季风环流影响的东南部湿润地区(简称季风区)和主要受西风环流控制的内陆干旱区(包括青藏高原北部高寒干旱区,简称西风区)。根据对近年来新发表的气候变化记录证据梳理总结,发现西风区在中—晚全新世气候湿润,与亚洲季风在早—中全新世强盛的格局显著不同。过去千年的西风区中世纪暖期干旱,而小冰期相对湿润,与此相对,万象洞石笋氧同位素记录则显示季风降水在中世纪暖期时整体处于高值,在小冰期处于低值段。在近百年,尤其是近50a,西北干旱区湿度增加,而季风影响范围内的西北东部和华北等地变得更干。不仅如此,在分属西风和季风影响区的青藏高原北部和南部,年代际—百年尺度上降水变化也表现出反相位关系。据此我们提出,亚洲中部西风带控制区在现代间冰期从数千年到年代际的各个时间尺度上均存在不同于季风区的湿度(降水)变化模式,称之为现代间冰期气候变化的西风模式。     

近1000年以来气候波动在广西桂北地区沉积物中的记录

对采自广西桂林资源县晓锦村ZY剖面的沉积样品进行了AMS 14C年代测定、孢粉、淡水藻类和植硅体分析。结果显示,该剖面95cm的沉积物记录了该地区近1000多年以来的沉积环境、植被变化和全新世末期两次重要的气候变化事件,即中世纪暖期和小冰期。ZY剖面约1000~250cal.a B.P.处于水动力条件较弱的沼泽环境,周围植被以常绿阔叶、落叶阔叶林为主(常绿栎和枫香占优),气候条件较温暖湿润,是晚全新世气温下降过程中的一次气候回暖,与中世纪暖期相对应;约250~0cal.a B.P.剖面所在位置发展为水稻田,周围植被中针叶林扩张(松为主),阔叶林退缩,反应了小冰期气温下降的气候特征。250~0cal.a B.P.人类活动明显增强,孢粉和植硅体资料所揭示的植被面貌是气候变化与人类活动共同影响的结果。     

过去2000年温度集成重建研究:进展与展望

过去2000年气候变化研究是全球气候变化研究的核心内容,不仅可以提供20世纪气候增暖的自然背景,也是最终揭示20世纪气候变暖机理并预估未来气候变化趋势的关键途径,是国际大型计划（如PAGES,过去全球变化研究计划）的优先研究时段。近20多年来,特别是近几年,随着代用资料的不断积累和气候重建方法的改进和发展,过去2000年大尺度气候重建研究取得了长足发展,在区域和北半球气候集成重建方法,年际、年代、百年乃至千年时间尺度上的气候时空变化特征和机制,及最近几十年气候增暖的历史地位等方面的研究均取得了重要科学认识,形成了现代气候增暖机理和未来气候趋势预估的科学基础。本文主要从方法学、研究历史回顾和现阶段形成的科学认识等3个方面论述过去2000年气候变化研究取得的成就,并对未来的研究方向进行了展望。

     

极地海冰的研究及其在气候变化中的作用

极地海冰作为全球气候系统的一个重要组成部分,通过影响大洋表面的辐射平衡、物质平衡、能量平衡以及大洋温、盐流的形成和循环而影响全球气候变化.从最初研究极地海冰的强度和承载力到目前海/冰/气相互作用全球气候耦合模型的建立,使海冰变化和全球气候变化紧密结合起来.这些研究领域主要有:海冰及其表层雪的物理特性和过程、海冰区域生态特征、海冰区与气候相关的反照率和物质平衡研究以及海冰气候耦合模型等大的领域.模拟显示,21世纪因为全球变暖,南北极海冰都将减少.海冰和全球气候系统其它要素之间的相互作用问题、极地海冰的厚度季节性区域性分布问题、极地海冰边界及范围变化趋势问题、生消关键过程及其影响因素问题、冰间湖的作用以及海气相互作用等将是未来重要的研究方向.     

古气候演化特征、驱动与反馈及对现代气候变化研究的启示意义

古气候与现代气候变化研究如何有效结合,特别是古气候研究如何为理解现代气候变化过程提供背景条件、边界约束和理论框架,值得深入探讨。文章以现代、历史时期、全新世、晚第四纪和新生代为时间基线,回顾阐述了过去气候演变特征、成因机制及其对现代气候变化研究的启示意义,探讨了过去与现代气候变化融合研究中存在的不确定性。过去气候演化过程的研究,加深了人们对地球气候系统运行机制的理解。研究表明,各个时期中,地球气候经历了不同相位、幅度和速率的变化,气候系统各分量之间发生了复杂的相互作用,以地表温度为代表的地球表面热力环境演化是各不同阶段气候变化的基本表现形式。全球温度变化不仅受到太阳输出辐射、地球轨道参数和地球构造运动等的影响,而且与地球表层水圈中的海洋、冰冻圈中的大陆冰盖、生物圈中的海洋浮游生物和陆地植被,以及大气圈中的温室气体、粉尘气溶胶、水汽和云等活跃组分之间,存在着多尺度复杂反馈作用。在同一时间尺度上,气候系统分量的互馈通路可能是同向的、可比的,各分量之间的对应关系或具有一致性,研究结论对于预估未来气候变化有借鉴意义;但在不同时间尺度上,气候系统各分量之间的相互联系机制可能难有一致性和可比性,古今互鉴,就需要慎重。

     

中亚-蒙古造山带东段的锡林郭勒杂岩：早华力西期造山作用的产物而非古老陆块？ —— 锆石SHRIMP U-Pb年代学证据

锡林郭勒杂岩是华北板块北缘古生代褶皱带内出露面积最大的变质岩系,以前多被当着前寒武纪的古老地块.本文通过对该杂岩中副片麻岩和正片麻岩的锆石SHRIMP U-Pb年代学研究发现,副片麻岩中的锆石多为岩浆锆石,其206Pb/238U加权平均年龄为406±7Ma,指示它们的原岩主要是由近同期(略早些)的岩浆岩风化后就近沉积的产物,该年龄应代表源区(岛弧型?)花岗岩的形成时间,同时也是副片麻岩原岩沉积的下限年龄.正片麻岩中岩浆锆石的206Pb/238U加权平均年龄为382±2Ma,代表花岗片麻岩原岩的侵位年龄.岩石中锆石的变质增生边的形成年龄为337±6Ma,代表锡林郭勒杂岩发生变质和变形的时间,该变质事件可能与贺根山缝合带内所发生的一次主要的碰撞造山作用有关.这些年龄资料充分说明,锡林郭勒杂岩并非古老地块,而是华力西早期岩浆作用、沉积作用和变质作用事件的产物.整个事件是在较短的时间范围内(～70Ma)完成的,推测该杂岩发育在碰撞造山带的弧前环境.中亚-蒙古造山带东南部(内蒙古的中、东部)碰撞前的构造格局可能不是典型的多岛洋体制,由于缺少古老的陆块,造山过程更多的表现为大洋的大陆化过程,即洋内俯冲形成岛弧,岛弧在被动大陆边缘拼贴聚合转化为新的大陆.     

黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。     

基于小波变换的反射光谱分析在蛇绿岩识别中的应用研究——以西准噶尔地区为例

介绍了基于小波变换的反射光谱分析技术的基本理论和方法;运用此技术手段对克拉玛依市白碱滩区西侧地区40条岩石野外光谱曲线数据进行了定量处理,总结并分析了蛇绿岩套中常见典型岩石(基性混杂岩、辉长岩、橄榄岩、蛇纹石)的光谱特征及其产生原因.最后,结合ETM+波段范围提出了适用于西准噶尔地区多波段遥感影像光谱角(Spectral Angle Mapper,SAM)提取模型,从遥感影像上识别蛇绿岩分布奠定了良好的基础.     

多源遥感数据在西准噶尔哈拉阿拉特山地区1:5万地质填图中的对比研究

以ETM、SPOT5和Quickbird为主要信息源,在哈拉阿拉特山地区开展1：5万区域地质填图,对该地区的地层单元、中—小规模地质体（如岩脉、小岩体和火山口）和地质构造特征进行了详细地遥感解译分析,并开展了大量的遥感野外地质调查验证。结果表明,采用彩色空间HSV变换融合法将SPOT5高精度遥感图像数据与ETM图像数据融合,保持了波谱信息的一致性;选择主成分PC1、2、3之SPOT5 1~4、主成分PC1、2、3之ETM 1~7、主成分PC6、5、4之ETM 1~7假彩色合成的图像,清晰地显示了主要岩性地层单元界线的多光谱信息,提高了遥感影像底图的信息量和易解译程度。将野外采集的地质资料与Quickbird高精度遥感图像相结合,可准确而快速地勾绘地质界线,显著提高了对构造和地质体边界勾绘的精度。ETM、SPOT5和Quickbird数据综合遥感解译成果很好地指导了哈拉阿拉特山地区野外地质调查工作,高分辨率遥感影像准确解译中—小规模地质体在该区域地质调查工作中起到了关键作用。     

中世纪温暖期升温影响中国东部地区自然环境的文献证据

利用丰富的历史文献, 研究了中世纪暖期中国东部地区增温对其他自然要素的影响。发现中世纪暖期升温迅速, 在增温最快的40a间, 每10a平均升温超过了0.5℃。冬季开始日期延后, 冬小麦、茶树、柑橘、甘蔗等作物的分布区向北扩展, 亚热带北界和暖温带北界均向北移动了一个纬度左右。而从降水格局的变化来看, 华北降水偏多, 导致了黄河多次改道、河患频繁。农牧交错带地区亦相对湿润, 农业得到发展。同时, 中世纪温暖期太湖地区水面抬升, 排水困难, 水系格局发生变化, 可能也与升温导致海平面上升有关。     

中国过去1500年典型暖期气候的模拟研究

利用地球系统模式CESM的过去1500年气候模拟试验结果, 分析了中世纪暖期和现代暖期中国区域温度和降水变化特征的异同, 并对形成原因进行了初步探讨。研究表明: 中国的温度变化在中世纪暖期和现代暖期有着显著的区域差异, 且年代际变化特征亦不尽相同。现代暖期的温度存在一个明显的年代际突变, 这一突变是由温室气体含量的变化引起的, 且现代暖期温度变化的空间格局受人为因子影响较大。中世纪暖期温度变化的空间格局主要受太阳辐射变化的影响, 其次是土地利用/覆盖和火山活动。中国的降水变化在两个增暖期其时空格局较类似, 其主要模态均体现为西部与东部反相, 华南与华北反相。影响降水变化空间格局的因子较复杂, 各外强迫因子的作用互补。     

长江下游升金湖沉积物记录的过去千年高分辨率气候环境变化

中国东部季风区气候格局具有强烈的时空差异,加强过去千年高分辨率气候变化历史重建及其机制研究对于深刻认识中国东部当今及未来气候变化趋势以及制定应对策略具有重要科学意义。本研究以长江中下游地区典型湖泊升金湖长度为86 cm的沉积岩芯为研究对象,在AMS ¹⁴C测年数据建立可靠年代框架的基础上,利用沉积物粒度、总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）和无机碳（IC）等指标高分辨率重建该流域过去千年以来的气候环境变化。研究结果表明：1）阶段Ⅰ（1000~1350 A.D.）,对应中世纪暖期,平均粒径相对较细,TOC、TN、C/N较低,说明湖泊水位总体较高,1100 A.D.后粒度粗粒成分增多和IC波动增长,表明流域气候逐渐向干旱化状态转变;2）阶段Ⅱ（1350~1600 A.D.）,进入小冰期前期,平均粒径和IC含量进一步降低,TOC、TN、C/N上升,指示湖泊水位持续升高,气候偏湿润;3）阶段Ⅲ（1600~1850 A.D.）,进入小冰期后期,平均粒径增大,表明湖泊流域降水减少,水位下降,流域内湿地植被发育从而使得TOC、C/N增大,IC也迅速增加,湖泊流域气候较为干旱;4）阶段Ⅳ（1850~2000 A.D.）,对应现代暖期,平均粒径下降,IC降低,湖泊水位再次上升,气候总体呈暖湿状态,TOC、TN、C/N受气候和人类活动共同影响而持续增长。区域重建结果对比表明,中世纪暖期和小冰期升金湖沉积物记录与长江中下游地区其他研究结果记录的干湿变化较为一致。进一步将升金湖记录与近千年来的东亚夏季风环流、ENSO以及太阳辐照度等记录进行对比分析发现,该地区过去千年以来的气候变化不仅受东亚夏季风变化控制,同时还受到ENSO状态及太阳辐照度变化等显著影响。在中世纪暖期和小冰期后期,以拉尼娜态为主,太阳辐照度较强,升金湖地区气候较为干旱;小冰期前期和现代暖期以厄尔尼诺态为主,升金湖地区气候较为湿润;现代暖期后,升金湖地区气候变化与太阳辐照度关系不明显,推测可能受人类活动影响更为强烈。

     

中国干旱-半干旱区当代气候变化

本文在作者近年有关研究工作的基础上，结合最新资料和有关成果，对我国干旱－半干旱区当代气候变化做了比较系统的分析。结果表明，中国干旱－半干旱区气候变化与全国和北半球气候变化相比有一定的特点。冬夏温度变化不同，干旱－半干旱区降水变化趋势不同。     

气候变化对南极海洋性气候区土壤发生与演变的影响

南极海洋性气候区明显的气候变化已经对独特但脆弱的陆地生态系统构成严重影响。作为陆地生态系统中关键的环境要素之一,土壤的发生、发育与演化过程对气候变化同样敏感,其响应结果通过气候变化对成土因素的影响间接表现出来。首先,南极海洋性气候区日益加速的气候变暖现象导致冰川消退、地表积雪融化,为土壤形成与分布提供了母质与空间基础;同时,气候变暖导致自由水活动在时间和空间上的加强促进了以自由水为基础的土壤过程和冰缘地貌过程,对南极海洋性气候区土壤发生、发育产生深刻影响。低等植物对气温升高的响应主要表现为物种数量增加、生境拓展、群落结构演变、初级生产力与生物量提高,从而对土壤有机质积累过程以及土壤有机质结构与性状产生重要影响。气候变化与地壳运动等环境因素的变化对海洋脊椎动物的活动影响巨大,而动物活动直接影响海洋性有机质进入土壤与陆地生态系统的途径与数量;同时,动物栖息地的变迁与海岸及附近地区土壤景观演变密切相关。为了准确判断和预测一段时期内气候变化对南极海洋性气候区域土壤形成与演化影响的规模、程度与速率,对各种成土因素在气候变化背景下响应与反馈机制、以及与土壤过程之间相互作用机理方面的研究工作亟需开展。     

气候变化的影响与长期气候目标的建立研究进展

IPCC报告指出,气候变化已经并将继续显著地影响人类赖以生存和发展的资源、生态和环境,并对经济、水资源、海岸带以及生态系统造成重大影响。随着全球气候的进一步增暖,各种不利影响的严重程度可能会加剧。在研究气候变化带来影响的基础上,分析了气候变化的驱动因素,提出减缓气候变化影响应该建立一个长期的气候目标,并建议采取相应对策。     

隋唐时期气候冷暖特征与气候波动

本文依据物候、动物分布、孢粉、雪线和海平面等相关资料,对隋唐时期气候冷暖特征进行了深入研究,重新肯定了竺可桢关于中国近5000年来气候变迁研究的基本结论,并对隋唐温暖期的起讫时代作了修正。在此基础上,对这一时期气候波动状况也作了相应探讨。结果表明,隋唐时期气候冷暖特征是以温暖为主,如与现代气候相比较,则当时年平均温度高1℃左右,气候带的纬度北移1°左右。包括南北朝晚期、五代、北宋中前期在内的隋唐温暖期(550～1050年)存在由温暖－寒冷－温暖的气候波动,其中的寒冷期持续时间约为150年左右(800～950年),第1个温暖期(550－800年)和第2个温暖期(950－1050年)则分别为250年和100年左右。这一现象反映了在持续时间约500年的隋唐温暖期中有渐趋寒冷的趋势,而这正与中国近5000年来气候总体上由暖转寒的趋势相吻合。     

太白山最近1000年的孢粉记录与古气候重建尝试

秦岭太白山佛爷池最近1000年的孢粉记录及据此所重建古气候参数的时间序列,揭示了历史时期小冰期和中世纪温暖期的气候特征。小冰期的起止时间为1420-1920aAD。其1月与7月平均温度反映本区夏季风与冬季风的变化有很大的不一致性。小冰期开始时,冬季风突然增强,夏季风显示不稳定波动,并相对变弱,而降水一度增多。小冰期的结束是以冬季风逐渐减弱为先导,而夏季风呈突然增强势态,降水偏少。在中世纪温暖期中,1200-1340aAD发生快速气候波动,出现暖夏、冷冬等特征气候,成为历史上少见的灾害性气候时段。