近千年气候环境快速变化的长江中游石笋δ^(13)C记录

【目的】研究亚洲季风区中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,MCA)和小冰期(Little Ice Age,LIA)的生态水文过程及其两个阶段的转变特征,有助于进一步理解区域水文生态环境变化与季风气候之间的联系。【方法】基于长江中游湖北省永兴洞两支高分辨率石笋的δ^(13)C记录,采用ISCAM(Intra-Site Correlation Age Modelling)程序对这两条记录进行客观拼接,重建了该地区1 044~1 954 A.D.期间局域地表水文环境的变化历史。【结果】δ^(13)C在MCA和LIA时期表现为完全不同的两个状态,δ^(13)C在MCA整体减小,而在LIA整体增大。此变化特征与西南以及长江中游地区众多石笋δ^(13)C一致,表明MCA到LIA局域地表植被呼吸活动和降水发生了从强到弱的转变。永兴洞δ^(13)C显示由MCA向LIA的转变过程迅速,Rampfit方法分析得出此转变过程发生在1 434~1 460 A.D.,持续时间为26年。永兴洞记录支持MCA向LIA的转变可能由气候变化和人类活动共同影响所致的认识。通过与其他记录对比,发现永兴洞δ^(13)C与太阳总辐射量、热带辐合带、我国东部温度、厄尔尼诺—南方涛动在MCA和LIA事件尺度上存在对应关系,表明过去千年长江中游地表生态水文环境和全球气候变化有着动力联系;人类活动对地表植被的影响可能与区域或全球气候变化的背景相关联。【结论】通过对过去千年永兴洞石笋δ^(13)C序列的研究,发现MCA与LIA的生态水文特征差异显著,其变化可能与全球气候变化和人类活动有关。该研究不仅清晰地确立了MCA与LIA在长江中游地区的时间界限,而且加深了对过去千年长江中游地区两个时期的生态水文环境变化特征及其原因的理解。

小冰期气候的湖北石笋碳同位素记录

研究季风区小冰期的结构特征和区域响应有助于深入了解季风系统与地球内外驱动力的耦合关系。利用湖北神农架永兴洞YX275石笋的7个230 Th年龄和120个碳同位素数据,建立了1360~1955 AD期间5年分辨率的石笋碳同位素序列。石笋δ13C与δ18O记录在长期趋势上有很好的对应关系,对小冰期气候响应明显,δ13C记录在大尺度季风环流影响下主要反映了局域湿度变化特征。δ13C序列在1453~1890 AD显著正偏,表明小冰期时湿度明显降低。此外,石笋δ13C与亚洲夏季温度、南方涛动指数和热带辐合带记录有较好的一致性,表明亚洲大陆夏季温度和太平洋水汽可能通过影响夏季风的强弱来调控湖北地区的湿度变化。在小冰期内部,δ13C记录在1450~1550 AD和1790~1830 AD出现进一步正偏,这些振荡分别对应于太阳活动的Spörer和Dalton极小期,暗示太阳活动减弱期对中国中部小冰期水文振荡的进一步调控作用。

H1事件时长江下游地区季风降水变化特征的石笋铀元素记录

Heinrich 1(H1)事件是末次冰期向全新世转变过程中,北高纬大冰盖快速崩塌的冰盖不稳定事件,其气候环境影响深远。东亚地区石笋δ^(18)O记录在H1事件时,普遍正偏至冰期的较大值,此正偏值通常指示东亚季风整体减弱。然而,在长江中游地区反映局地水文变化的石笋微量元素和碳同位素记录,显示在H1事件时梅雨量增加。梅雨与东亚季风强度的反相关关系是否存在,这有待更多记录的验证与支持。基于长江下游梅雨区南京葫芦洞石笋铀元素的水文变化特征,发现在H1事件时,梅雨整体增多。在H1事件内部结构特征上,高分辨率石笋δ18O记录显示,以~16.1 ka B.P.为界,东亚季风强度存在两个不同状态,类似的转变过程在铀元素记录中有所体现,表现为梅雨量由低到高的转变特征。石笋δ_(18)O记录的这一季风强度变化过程在20年内完成,铀元素记录尽管分辨率不高,但也表现为快速转变的特征。这种对应的快速转变过程,表明石笋铀元素对东亚季风大气环流变化的积极响应;另一方面,也证实了铀元素对气候环境变化的有效记录。南京葫芦洞石笋铀元素记录了梅雨在长江下游地区H1事件期间增强的特征,进一步支持了梅雨与季风强度变化的反相关关系,提供了中国季风区降水空间差异的东部记录。

不同空间分辨率数据组合对APEX模型模拟的影响——以金华江流域为例

以浙江省金华江流域为研究区,将DEM(30 m,1 km,10 km)、土地利用(30 m,1 km)、土壤(250 m,1 km)3种不同空间分辨率组合成的12种数据组作为驱动数据,模拟分析不同空间分辨率数据组合对APEX模型模拟结果的影响.结果表明:1)DEM为10 km时,流域的模拟效果相对不理想,30 m,1 km,10 km分辨率模拟的流域面积误差分别为1.2%,9.7%,52.8%;2)12组数据模拟的年平均产量差异不大;3)随着3类数据分辨率的降低,相较于基准数据组的模拟结果,误差呈现明显波动上升趋势.说明数据空间分辨率的变化对APEX产量模拟的影响不大,但DEM分辨率降低会对流域的模拟产生较大影响.

MIS4早期千年尺度事件特征的湖北石笋记录

高精度定年的石笋记录有助于校正冰芯时标和理解千年尺度事件的驱动机制.基于湖北永兴洞YX288石笋5个高精度^230Th年龄和264组氧同位素数据,重建了MIS 4早期东亚季风水文循环演化过程.结合同一洞穴YX46记录,发现两条记录在重叠时段的波动特征高度一致,清晰地记录了持续时间较长的DO19.1事件和持续极短的DO19.2事件.石笋记录显示DO19.2和DO19.1事件的开始时间分别为约72.06 ka和69.40 ka,结束时间依次为约69.85 ka和69.03 ka,在误差范围内与格陵兰NGRIP冰芯AICC2012时标一致.这两个事件的持续时间依次约为2200 a和360 a.在DO19.2事件期间,石笋记录的东亚季风较为稳定,显著不同于格陵兰冰芯记录的温度持续下降的特征.这一季风稳定状态与南北两极间温度差的稳定波动特征较为一致,这也得到反映热带辐合带位置变化的Cariaco盆地反照率记录的支持,表明南北半球的温度变化对亚洲季风的综合影响.

末次冰盛期东亚夏季风变化的重庆石笋记录

基于重庆小山岩洞XSY1石笋的5个^230Th年龄和582个氧同位素数据,重建了23134~19345 a B.P.期间分辨率约6.5 a的东亚夏季风变化历史.此石笋δ^18O记录的长期趋势逐渐负偏,在其上叠加了一系列千年-百年尺度季风振荡,呈现为4谷3峰的结构形态.重庆XSY1和南京MSD石笋 δ^18O记录在数百年尺度的反相关系表明冰盛期时东亚大陆东部水汽并非来自印度洋.与北高纬记录对比显示东亚季风的增强与减弱基本对应格陵兰温度的升高与降低时期,暗示在冰量最大时期东亚季风与北高纬气候仍密切联系.此外,XSY1的δ^18O与冰芯10Be通量亦存在明显的对应关系,表明太阳活动对东亚季风的调控作用受冰量边界条件影响较小.功率谱分析结果显示出1011 a、722 a、460 a、337 a和163 a的周期,与太阳活动周期相近,进一步确认太阳活动对东亚季风的驱动作用.石笋XSY1与澳大利亚石笋MC-S2δ^18O记录在千年尺度呈反相位变化,表明冰盛期时东亚季风与全球其他气候系统的动力联系.