黄土磁化率对千年-百年尺度气候事件的记录及其古气候意义

中国黄土高原的黄土-古土壤风尘堆积序列具有粒度细、沉积速率高和连续性好等特征,是古气候学研究的重要组成部分。黄土沉积物在轨道尺度上与全球气候关系密切,可以记录千年-百年尺度的快速气候事件。中国黄土古气候学取得的核心成果之一,就是磁化率可以作为东亚夏季风替代性指标,然而,磁化率在古气候研究中存在多解性,导致其在高分辨率研究中应用较少。文中选择黄土高原的赵家川和巴谢剖面磁化率数据,通过与格陵兰冰心和中国石笋等高分辨率古气候记录进行对比,发现赵家川剖面磁化率记录了4次Heinrich事件,巴谢剖面磁化率记录了全新世以来新仙女木、9.2 ka和4.2 ka 3次气候快速恶化事件。通过对比分析巴谢剖面磁化率记录的3次快速气候事件及其可能的驱动因素,认为太阳辐射减弱可能是主要因素。

基于生物硅记录的孟加拉湾东南部末次冰期以来的古生产力变化

基于生物硅含量变化,结合碳酸钙和硅质生物放射虫数据,本文揭示了孟加拉湾东南部末次冰期以来的生产力演变规律及其气候响应。研究区域的古生产力演化大致分为3个阶段,即生产力相对低的末次冰期(56~18 ka)、生产力呈阶段性增加的末次冰消期(18~10 ka)以及高生产力的全新世。进一步地,研究发现末次冰期沉积物中放射虫物种主要是具有硅化程度较高的矢状环形结构的轭环虫/双篮虫属占据绝对优势(约60%)、少见硅化程度轻的纤细结构,推测末次冰期沉积物中硅质生物壳体受到明显溶解作用影响,尽管如此,末次冰期碳酸钙含量约20%、生物硅含量3.5%~4.4%、放射虫丰度1000~6000枚·g^(-1),表明孟加拉湾东南部末次冰期以来的生产力一直处于相对较高的水平,营养盐物质丰富、生物量较高。该结论得到放射虫群落结构中罩笼虫目高相对丰度(>50%)的数据支持,其被认为是营养盐丰富的指标。此外,末次冰消期生物硅含量的阶段性波动变化现象,可能是受千年尺度气候事件的调控引起的,即Heinrich1(HS1)和新仙女木(YD)时期生产力增高、生物量增加,推测与陆源有机物质的输入带来丰富的营养物质进入上层水体、南极中层水入侵带来中层水通风增强促进硅质生物生产力的升高有关。

季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应

第四纪冰期的千年尺度气候突变事件——Dansgaard-Oeschger Event (D-O事件),一直是古气候学领域关注的重点。近年来,数值模拟的研究发现,北大西洋副极地地区年际-年代际气候变率的振幅在D-O事件中的冰阶冷期远大于间冰阶暖期,这一现象为理解该区域海温代理指标的气候学意义提供了重要参考价值,但其动力机制尚不清晰。本文利用海气耦合气候模型(COSMOS),通过模拟氧同位素(MIS)3阶段的一个典型D-O事件过程,探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制。结果显示,北大西洋副极地海域的季节性海冰通过调控海气间热量交换,影响当地气候变率的幅度。冰阶期,热带暖水向北输送导致海洋次表层逐渐升温,削弱了表层-次表层海水的密度层结,有利于次表层暖水上涌,促进海冰融化及海表温度升高。这将激发出海平面气压的负异常,引起气旋式风切变,并通过Ekman抽吸作用加速表层-次表层海水的垂直混合,进一步促进次表层暖水的上涌。这一正反馈机制造成海洋次表层热量的迅速释放,海表温度快速升高。当次表层热量释放结束后,海表将无暖水补充,导致海表温度下降,海冰增多。该过程激发的海表气压正异常(即反气旋式风切变)将抑制垂直混合发生,促进次表层热量积累,为下一次放热过程提供条件。在间冰阶暖期,随着北大西洋季节性海冰消失,海气间热交换不再受海冰变化影响,海洋次表层与大气间的热交换始终处于准平衡态,气候变率的振幅显著下降。本研究结果显示,北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累-释放的过程,产生“电容器”效应,这对理解冰期年际-年代际气候变率放大现象有重要启示意义。

末次冰期Bipolar Seesaw现象研究进展与展望

频繁的千年尺度气候波动是冰期气候的典型特征。末次冰期时,南极和格陵兰在千年尺度呈现出反相位的温度变化:当格陵兰气候处于暖期时南极缓慢降温,当格陵兰处于冷期时南极缓慢升温。这种南北极遥相关现象被称为Bipolar Seesaw。Bipolar Seesaw对气候的影响是全球性的,并且Bipolar Seesaw背后的物理过程与冰期大气CO;浓度变化密切相关。因此,研究Bipolar Seesaw对于理解冰期气候的运行机制,探究大气CO;变化的控制因素,具有重要意义。目前学界对末次冰期Bipolar Seesaw现象的观测研究已较为全面,但Bipolar Seesaw的具体机制仍有众多问题未得到解决。本文综述了近年来国际上关于Bipolar Seesaw的研究进展,并归纳了Bipolar Seesaw未来的几个研究方向。