末次间冰期全球气候瞬变模拟与平衡态模拟的对比研究

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建数据之间分歧的可能原因。TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验均表明:末次间冰期全球年平均温度较工业革命前低,降温幅度分别为0.4℃和0.2℃;在夏季,北半球升温(1.2/1.5℃),而南半球降温(0.9/0.7℃)。就年降水而言,末次间冰期北半球季风区降水增加,南半球季风区降水减少,但存在显著的区域差异。与重建数据相比,TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验的模拟-数据符号一致性与均方根误差均相近,但127ka-LIG试验模拟效果略好。TGCS-LIG试验与重建的全球年平均(夏季)海温符号一致性为34.9%~44.7%(36.8%~42.5%),较127ka-LIG偏差约2%~4%(约5%~7%);均方根误差为2.9~3.2℃(2.9~3.4℃),较127ka-LIG试验偏差小于约0.1℃。对于全球年平均降水,TGCS-LIG试验与重建数据的符号一致性为63.8%,略高于127ka-LIG试验(63.1%)。相较于模拟和重建之间的绝对偏差而言,数值试验方案对于改进两者分歧的作用十分有限。需要注意的是,TGCS-LIG试验表明:末次间冰期全球关键气候模态的年际变率在129~124 ka间存在显著的内部变化,其中ENSO年际变率随时间逐渐增强,北半球环状模与南半球环状模的年际变率呈现千年尺度波动的特征;而127ka-LIG试验无法刻画气候模态的时间演变特征。总之,本文研究结果表明,采用平衡模拟试验或是瞬变模拟试验并不是造成末次间冰期模拟-数据分歧的主要原因,但开展高时空分辨率的瞬变模拟试验对研究末次间冰期气候变率具有重要的科学价值。

末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的模拟研究

利用国际古气候模拟对比计划第四阶段的多模式结果,分析了末次间冰期亚洲中部干旱区的干湿变化及机制。多模式集合平均结果表明,末次间冰期亚洲中部干旱区年降水减少0.7%,其中中亚地区的年降水减少2.8%,新疆地区年降水增加1.8%。水汽收支方程表明,末次间冰期中亚地区在雨季(冬春季)的降水变化主要与垂直动力项有关,新疆地区在雨季(夏季)的降水变化主要与垂直动力与热力项有关。此外,基于Penman-Montieth方法计算的亚洲中部干旱区的干旱指数在末次间冰期减小约10.2%,表明末次间冰期亚洲中部干旱区气候明显变干且存在旱区扩张的现象,这主要受到潜在蒸散变化的调控。潜在蒸散的增加进一步受到有效能量增加与地面风速增大的调控。本研究从模拟的角度揭示了末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的可能特征及机制,在一定程度上有助于理解旱区气候在增暖情景下对轨道参数的响应特征。

西藏纳木错末次间冰期以来的气候变迁与湖面变化

在西藏纳木错沿岸 ,发育了 6级湖岸阶地及拔湖 48～ 1 39.2m的高位湖相沉积。根据湖相沉积的U系法测年和孢粉分析结果 ,本文探讨了纳木错及邻区末次间冰期 (MIS 5)以来的古植被、古气候与湖面变化。研究表明 ,纳木错与邻区的湖面变化可以划分为 1 1 6～37kaB .P .间的古大湖———“羌塘东湖”期、37～ 30kaB .P .间的“古纳木错”外流湖 -残余古大湖期和 30kaB .P .以来的纳木错 -藏北湖群期等 3大阶段。在MIS 5的古大湖阶段 ,包括纳木错、色林错等藏北高原东南部的众多大、中型湖泊 ,是互相连通的一个大湖 ,其范围可能超过了现代的藏北内、外流 (怒江 )水系的分水岭。在MIS 5e末的最高湖面时期 ,湖面面积可达7880 0km2 ,它或许还与藏北高原西南部和中南部的其他古大湖相连 ,成为面积巨大的网格状深水大湖———“羌塘湖”。通过纳木错湖面变化曲线与西昆仑古里雅、格陵兰、南极等冰芯和深海岩芯的氧同位素变化曲线的对比可以发现 ,全球MIS 5的气温要高于末次冰期间冰阶(MIS 3) ,此时藏北高原为气候温和轻爽与湖面最高的大湖期 ;在末次冰期的两个冰阶 (MIS 4和MIS 2 )中 ,湖面明显下降 ,邻近的念青唐古拉山发育了小型山谷冰川 ;而在间冰阶MIS 3中 ,其气候波动的幅度 ,要比世界其他地区更加明显 。

末次间冰期-冰期旋回黄土环境敏感粒度组分的提取及意义

采用粒级-标准偏差方法对黄土高原西部、河西走廊及河南西部等6个剖面末次间冰期-冰期旋回的黄土-古土壤粒度进行了系统分析,提取了对环境变化敏感的粒度组分。各剖面的环境敏感粒度组分主要分为粗细两个组分,并显示出一定的区域性差异和不同的沉积学意义。敏感组分主要受物源和沉积后成壤作用的影响:冰沟和罗家湾剖面可能受源区的影响更大而使敏感组分偏粗,暖和湾和扣马剖面可能由于后期风化的影响较大而使敏感组分偏细。对扣马剖面末次冰期旋回堆积的L1和S1的粒级-标准偏差分析表明,L1的敏感组分与全剖面相似;而S1的敏感组分与全剖面存在较大差异,可能与成壤作用有关。

末次间冰期以来新疆巴里坤湖蒸发盐的沉积环境记录

沉积物岩芯的碳酸盐、石膏等蒸发盐含量和矿物组成的证据显示了新疆巴里坤湖末次间冰期以来一直是一个水位变化频繁的浅水盐湖，有时甚至为间歇式的湖泊，约在34000aB.P.前后巴里坤湖沉积相发生了显著的变化，34000aB.P.之前为泥坪-湖滨相沉积，34000aB．P．之后为成湖相沉积。尽管我们对巴里坤湖34000aB．P．前后的沉积相变难以理解，但是长期处于浅水状态的巴里坤湖沉积物中蒸发盐的含量和矿物组成仍然与气候变化密切相关。在泥坪-湖滨相形成的碳酸盐中白云石相对的增加是地表强烈蒸发的结果。以石膏为主的蒸发盐含量增加是温度和降水增加所致，而其含量减少则是冰川前进致使补给水矿化度降低造成的。这使我们获得了该区古气候变化并不服从于冰期与雨期同步模式的信息。

萨拉乌苏河流域末次间冰期古土壤化学风化与古气候

内蒙萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期发育5层古土壤。对这5层古土壤的形态特征、粒度、扫描电镜及化学风化等分析结果表明:(1)这些古土壤具有与华北现代褐土相似的形态特征;(2)粘化率中部高和石英颗粒表面硅质溶蚀—沉淀现象表明古土壤层中发生过风化成壤作用;(3)用K2O/Na2O、Al2O3/Na2O、MnO/Al2O3、CIA及A-CN-K图解与华北现代褐土作对比分析,发现它们的化学风化特征极为相似;(4)用气温及降水量与CIA值的回归关系方程,得出5层古土壤发育时期的水热状况确与华北现代的暖温带半湿润季风性气候大致相同或更显暖湿。形态特征、粒度、石英颗粒表面特征和化学风化特征等多个方面具备了与现代华北褐土类似的化学风化成壤特征,证明这些古土壤是在与华北相似的暖温带半湿润季风性气候条件下形成的。

萨拉乌苏河流域末次间冰期全球变化区域响应的主元素记录

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8 5个风成的古砂丘砂与河湖相或／和古土壤构成的沉积旋回。通过对该层系主元素含量分布规律的分析,认为所述沉积旋回主要是由干湿寒暖气候旋回波动所致。研究亦表明,末次间冰期层系60LS—82S可进一步划分为5个层段,它们在时间和气候的主要阶段上与氧同位素5阶段中之5a、5b、5c、5d、5e诸亚段相近。不仅如此,若干反映冷干气候的风成砂丘砂堆积层位与末次间冰期GRIP冰芯δ18O及西太平洋暖池planktonicδ18O记录的冷凉事件,特别是与黄土高原记录的9次粉尘事件在时间上具有很好的对应关系。

黔南七星洞石笋古气候变化记录及末次间冰期终止点的确定

当前在全球气候变化预测研究中 ,洞穴石笋的高分辨定年和碳、氧同位素组成的变化规律研究 ,为这个领域的突破和填补空白做出了巨大贡献。通过对贵州都匀七星洞 1号石笋进行 11件TIMS U系测年和 79件碳、氧同位素分析 ,获得了距今 10 9.0 0kaB .P .至 6 5 .90kaB .P .的高分辨率古气候记录。石笋在大于 10 9.0 0kaB .P .前开始生长 ,于 6 5 .90kaB .P .后停止生长 ,平均沉积速率为 4 .5 8mm/ 10 0a,属晚更新世的沉积产物。七星洞 1号石笋剖面的研究揭示 ,其年龄和δ18O同位素的变化 ,可以与深海岩芯氧同位素记录所揭示的第五阶段中的 5a、5b、5c和第四阶段的早期进行对比。它的碳、氧同位素记录揭示 ,在 10 9.0～ 10 2 .5kaB .P .和 86 .6～ 78.92kaB .P .时段 ,显示受东亚夏季风影响较强 ,气温升高 ,降水增多 ,δ18O偏负 ,表现为温暖湿润的气候环境。在 10 2 .5～ 86 .6kaB .P .时段 ,显示受东亚夏季风影响强度减弱 ,受东亚冬季风影响强度增加 ,气温降低 ,大气降水减少 ,δ18O稍趋向偏正 ,表现为冷凉半湿润—温凉湿润的气候环境 ;而在 78.92～ 6 5 .6kaB .P .时段 ,显示东亚冬季风强盛和受西北风影响较强 ,海表温度下降 ,大气温度降低 ,降水量较少 ,δ18O偏重 ,δ13 C偏正 (C4植物占 95 % ) 。

末次间冰期以来渭河上游气候演化的黄土记录研究

对渭河上游樊家台剖面末次间冰期以来黄土地层的粒度与CaCO3进行综合分析表明,末次间冰期时,受夏季风影响较大,粒度较细,CaCO3有较强的淋溶与淀积,气候呈现较为暖湿的特点;末次冰期时,受冬季风影响较强,粒度较粗,CaCO3淋溶淀积微弱,气候较为干冷。间冰期早期(相当于深海氧同位5e阶段)由于夏季风较强,粉尘堆积较少,古土壤向下发育,并与下部土壤融合,导致粒度较5a、5c阶段粗;2阶段的早期,由于粉尘源区出现了高湖面,环境湿度大,造成此时段早期黄土粒度较晚期细;表现出区域气候的特点。

末次间冰期以来临夏地区气候变化的黏土矿物学及地球化学记录

临夏盆地塔湾剖面黄土-古土壤沉积物的黏土矿物学及常量元素特征分析表明,末次间冰期以来临夏地区气候变化经历了从相对温暖湿润(Ⅰ阶段:92.4～78.8 ka)—寒冷干燥(Ⅱ阶段:78.8～59.8ka)—相对温暖湿润(Ⅲ阶段:59.8～47.7 ka)—寒冷干燥(Ⅳ阶段:47.7 ka以来)等4个阶段的演化。黄土-古土壤中黏土矿物以伊利石、绿泥石、伊/蒙混层及坡缕石等为主,并且坡缕石在沉积物中广泛发育,表明末次间冰期以来临夏地区总体上以相对干燥为主。w(TiO2)/w(Al2O3)比值表明沉积物剖面中黄土-古土壤层可能具有相同的物源,黄土-古土壤交替的发育特征应该为不同时期风化程度差别所致,与当时的大气降水量及温度密切相关。在相对温暖湿润的时期,黏土矿物相对含量、化学蚀变指数CIA值及w(Al2O3)/w(Fe2O3)、w(SiO2)/w(Al2O3)、w(SiO2)/w(Fe2O3)和w(MgO)/w(Al2O3)等氧化物比率变化波动较大;在寒冷干燥的时期,黏土矿物相对含量、CIA值及各氧化物比率较为稳定。黏土矿物学及常量元素变化特征共同揭示92.4～78.8 ka期间和47.7 ka以来出现明显的降温事件,说明临夏地区末次间冰期以来气候环境的不稳定性,可能与高原冬、夏季风的此消彼长密切相关。

泥河湾盆地末次间冰期气候变化的氧碳同位素记录

黄土－古土壤序列的研究表明，我国东部地区第四纪气候演变的总规律是干冷与湿暖的交替。但是，气候的变化是一个复杂的过程，在不同的时间和地点，气候的干、湿和冷、暖变化可能会出现不同的组合。根据泥河湾盆地晚更新世湖泊沉积物中所含碳酸盐的氧碳同位素研究，认为在末次间冰期（据今１３～７万年），该区气候以干暖与湿冷的交替为主要特征。这一发现将有助于加深对我国东部第四纪气候变化规律的认识。

黄土高原东西部末次间冰期以来黄土显微特征与古气候记录

以西安刘家坡和甘肃会宁西雁山末次间冰期以来黄土剖面为例,通过剖面土壤结构特征、骨架颗粒矿物成分、主要碎屑颗粒形态、骨架颗粒接触关系以及孔隙特征的分析对比,研究了黄土高原东西部黄土显微特征,进而探讨了其古气候意义。研究进一步证明,古土壤形成期气候比黄土形成期气候湿热,黄土剖面中黄土与古土壤交替反映了干与湿、热与冷的古气候变换;在古土壤形成期气候较湿热的总趋势下,黄土高原东南部比西北部更为湿热,在黄土形成期气候较干冷的总趋势下,黄土高原西北部比东南部更为干冷,这与现今黄土高原的区域性气候差异一致。

粤东北丘陵区末次间冰期红土的特征与气候环境

地处华南之粤东北丘陵区的蕉岭红土属粉砂质粘土,形成于末次间冰期。红土的细粘粒含量为12.15%～24.64%(平均值18.46%)、Mz为5.91Φ～7.53Φ(6.72Φ)、概率累积曲线和频率曲线分别呈现以"四段式"和"三峰式"构型;主元素氧化物以SiO2、Al2O3、TFe2O3为主,含量依次为50.10%～53.14%(51.36%)、23.07%～24.44%(24.00%)、10.18%～11.40%(10.77%),其它如CaO、Na2O、MgO、K2O的含量均小于1%。这一趋向于细粉砂分布的粒度特征和脱硅富铝化的化学元素特征说明红土形成于较强的风化—淋溶作用下,硅铝系数(3.49～3.86,平均为3.64)指示多数层位属次强度富铝化。其气候环境,以<2μm和<1μm颗粒的含量、硅铝系数、CIA值为指标,与我国的南亚热带—北热带一些地点的现代赤红土和砖红土作一详细对比后认为蕉岭红土发育在湿热于现今南亚热带,相似于热带北缘的气候环境之下。这一看法与前人有关同期"大熊猫—剑齿象动物群"指示的古生态的研究结果相吻合。由此表明,末次间冰期的粤东北甚至整个华南地区可能都处在类似现今热带北缘的气候环境之下,其时的热带—亚热带界线向北推移了至少3个纬度。

九州台古土壤S_1记录的末次间冰期东亚夏季风变化

对沉积速率较高的黄土高原西部地区九州台剖面S1古土壤的夏季风代用指标———磁化率、碳酸钙含量、色度进行了测量。综合分析结果表明,MIS5e开始前,夏季风有一次衰退事件,末次盛间冰期早期夏季风强于晚期,而中期夏季风强度相对较弱,然而这种变化是较为和缓的,并没有表现出类似GRIP冰心氧同位素的大幅度、快速变化,表明MIS5e期间东亚夏季风是相对稳定的。来自海洋的研究表明,西太平洋洋面温度(SST)和洋面高度在MIS5e早期和晚期相对较高,中期相对较低,证实了西太平洋环境变化和东亚夏季风强度之间存在成因上的联系。与先前有关全新世东亚夏季风研究结果的对比表明,MIS5e和全新世东亚夏季风演化具有一定的相似性,可能反映了低纬海洋和高纬大陆之间能量和物质交换对太阳辐射响应的某种内在机制。

末次间冰期—末次冰期柴达木盆地东部气候演化形式

柴达木盆地第四系富含介形类化石,介形类生物组合可以反映古气候变化。以盆地东部达参1井中的两种主要介形类(Ilyocyprisinermis和Cyprideistorasa)的丰度特征为气候指标,对末次间冰期和末次冰期的盆地气候演变形式进行了恢复。认为柴达木盆地东部末次间冰期和末次冰期的气候演化既有着和全球同步的特点,也有着本区域独自的特征。介形类丰度曲线表明:末次间冰期(MIS5),以Cyprideistorasa为主,整体上为暖型气候,依据介形类特征,又可分为5e,5c,5a三个暖期和5d,5b两个冷期,暖期到冷期都以介形类丰度的大幅突降为特征;末次冰期(MIS4 2)以Ilyocyprisinermis为主,整体为冷型气候。其中,早冰阶(MIS4)两种介形类丰度都较低,而间冰阶(MIS3)介形类丰度明显增高,并可划分为3c,3a两个暖期和3b一个冷期。在间冰阶结束之后,介形类大量消失,Ilyocyprisinermis完全灭绝,石盐大范围析出,盆地进入了末次冰期盛冰阶(MIS2)。

末次间冰期以来中国西北部沙漠边缘区夏季风变化初步研究

通过对祁连山东段沙沟河黄土剖面CaCO3含量、色度代用指标的综合分析 ,结合1 4 C和热释光测年结果 ,揭示出了沙漠边缘区夏季风在末次间冰期 (S1 )表现出 5次增强时期。从指标曲线上能够反映出千年尺度的气侯变化 ,与GRIP孔的气候记录有很好的耦合性。这种气候不稳定性可能受控于高纬冰盖的变化 ,体现出全球气候性特点。在末次冰期 ,夏季风的反映就弱得多 ,气候长期表现为干冷 ,可能由于青藏高原的抬升 ,以及靠近沙漠边缘区 ,使夏季风在冰期难以到达 。

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一。准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况，对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义。本文总结了近１０年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展，并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价。同时，对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明，末次间冰期以来，全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化。在末次间冰期５ｅ阶段、末次盛冰期和全新世中期，陆地生态系统碳储量分别为现在的１３０～１５０％、５０～８５％和１０５～１３０％。并且，陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性，但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律。

岭南东江流域末次间冰期强网纹红土主元素特征

岭南东江流域临江剖面下部含一套总厚约4.35m的弱网纹红土和强网纹红土,其顶部热释光(TL)年龄为(71.4±6.6)kaB.P.;与邻区地层对比推测,该强网纹红土形成时代为末次间冰期。该强网纹红土主元素分析结果显示,其以湿润型元素SiO2、Al2O3和TFe为主,分布范围依次60.32%～67.81%、17.52%～21.32%和4.17%～5.96%;干旱型元素Na2O、CaO和MgO含量均小于0.50%,表现为强烈淋溶。该强网纹红土主元素分布特征、风化特征值、CIA(化学蚀变指数)值都表明其属中等富铝化红土,其风化强度稍低于广西百色网纹红土而接近于江西修水网纹红土。

末次间冰期全球变化区域响应的粒度旋回——萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面记录

位于毛乌素沙漠东南的萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8 5个古风成砂与河湖相和古土壤构成的显著的粗细韵律交替变化粒度旋回.通过对不同沉积相粒度的一般分布特征尤其是粒度参数-Mz、σ、Sk、Kg和SC/D值以及该地生物化石指示的古环境综合分析,认为所述粒度旋回主要是东亚冬夏古代季风交替影响下的气候旋回波动所致.

末次间冰期我国半干旱盆地Rb、Sr的迁移聚集规律与环境演变——以萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面研究结果为例

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8．5个有风成的古沙丘砂与河湖相和／或古土壤构成的沉积旋回。该层系Rb、Sr元素含量分布具有明显的规律，主要表现为古沙丘砂中的Rb、Sr含量相对迁移，而在上覆河湖干目和／或古土壤中相对聚集，构成术次问冰期的Rb、Sr含量迁移与聚集的8．5个元素旋回。研究表明，由Rb、Sr含量变化构成的这些旋回主要是由干冷暖湿气候波动所致。该地末次间冰期层系由上至下可划分为5个层段，即MS1～MS5。Rb、Sr含量在MSl、MS3、MS5和MS2、MS4分别呈现明显的峰态和不同程度的低谷，揭示出前者与后者分别是受到暖湿和干冷气候影响向的阶段。据此，可以将MS1、MS2、MS3、MS4和MS5依次在气候性质和阶段上可与GRIP冰芯和Sulu海MIS5a、5b、5c、5d、5e诸亚段进行对比。研究亦表明，河湖相和古土壤Rb／Sr曲线却都不尽是峰态，黄土高原Rb／Sr值的气候意义并不完全适宜说明半干早盆地或洼地的古环境变化。