最近6.5～2.2Ma黄土高原粉尘通量变化及其指示的东亚冬季风演化和亚洲干旱化

黄土高原红粘土沉积与北太平洋885/886孔深海沉积记录的亚洲粉尘沉积通量对比显示,海陆风尘记录万年尺度的变化趋势一致,指示了6 5Ma以来亚洲内陆干旱化和冬季风环流变化的历史:6 5MaBP粉尘源区出现一定程度的干旱化,粉尘通量增加,为红粘土的形成提供了物质基础;5 2～3 6MaBP源区气候较为湿润,冬季风环流偏弱,导致粉尘通量大幅下降;3 6～2 6MaBP,由于青藏高原加速隆升,导致源区气候迅速干旱,冬季风环流发展,粉尘通量急剧增加。但海陆粉尘通量变化也存在差异,显示出区域及半球或全球尺度上粉尘输送方式的不同。

中国干旱半干旱地区古粉尘通量差异及其指示的气候意义

从各区域独特的地形地貌条件、距离粉尘源区的远近、不同的物源区以及不同的气候控制系统等动力机制因素出发,认为中国北方粉尘通量在空间上与北太平洋V21-146孔深海沉积物、日本Biwa湖湖相记录、全球冰量δ18O曲线所反映的古气候记录在万年时间尺度上一致,自西向东通量减少,显示出与源区的距离成反比的趋势;在时间尺度上,冰期时的粉尘通量明显高于间冰期的通量,冰期通量的变化具有高频波动的特征;现代尘暴粉尘的通量与黄土堆积期的通量相似, 表明在末次冰期时大量的粉尘搬运大多是在尘暴状况下完成的.

红原泥炭记录的晚冰期以来若尔盖地区粉尘通量变率及其气候影响

由于高分辨率的气候重建记录,尤其是粉尘通量重建结果仍然较少,晚冰期以来东亚地区的气候突变机制存在很多争论。本研究对青藏高原东北部若尔盖红原泥炭HY2014剖面(深度450cm)样品的灰分含量及其粒度组成和K、Ti、Zr、Rb、Sr、V等元素含量进行高分辨率测定,基于AMS14C测年结果,重建了晚冰期以来该地区粉尘通量的变化动态,并结合过去的研究结果综合探讨粉尘通量的影响机制。结果表明:1)红原泥炭中的Ti、V、Sr、EF_(Zr)、EF_(Rb)、EF_(K)等元素主要为风成输入,可辅助粉尘通量来共同反映研究区大气粉尘沉积的变化历史。2)14000~11600cal.a B.P.,红原地区粉尘通量总体偏高,其中14000~12800cal.a B.P.期间由于红原地区发生特大古洪水事件使大气粉尘通量数值明显增加,而12800~11600cal.a B.P.期间气候冷干,强劲的东亚冬季风和北半球西风急流将裸露的松散沉积物搬运沉积到红原泥炭地中,导致红原大气粉尘通量增加;11600~3100cal.a B.P.粉尘通量低,其中在11600~6400cal.a B.P.期间波动较为明显,而在6400~3100cal.a B.P.粉尘通量波动更为稳定。早中全新世气候总体暖湿,受东亚冬季风和北半球西风急流影响较小且植被覆盖度较高,粉尘通量总体较低;3100cal.a B.P.以来东亚冬季风增强,红原地区粉尘通量再次升高。3)红原泥炭粉尘沉积通量记录了新仙女木事件,还清晰地记录了此后发生的7次粉尘增强事件,这在中国西北和北部的其他记录中也多有体现。粉尘增强事件发生时,东亚冬季风增强,粉尘源区干旱化,植被覆盖面积减小,粉尘释放增多,红原泥炭中粉尘含量升高。

新疆阿尔泰山不同泥炭地记录的全新世大气粉尘信息及其影响因素

本文以中国西北阿尔泰山铁力沙汗和哈拉萨孜泥炭地为研究对象,结合AMS^(14)C年代框架,高分辨率测定两处泥炭地柱芯中的微量元素和常量元素,分析中国西北高山区泥炭记录的全新世大气粉尘历史沉降过程及其影响因素。研究发现:铁力沙汗和哈拉萨孜记录的全新世大气粉尘通量分别为22.74~76.92 g/(m^(2)·a)和18.60~198.38 g/(m^(2)·a)。与铁力沙汗相比,哈拉萨孜泥炭中矿物元素主要来源于大气沉降,表现为早全新世和早−中全新世时期粉尘通量较高,中全新世后粉尘通量较低,更能代表区域粉尘活动历史变化。阿尔泰地区泥炭记录的全新世粉尘通量高于季风区,且在中全新世后通量下降的特征,与季风区泥炭记录的高粉尘通量的结论相反。粉尘来源和气候环境是导致不同区域粉尘通量变化存在差异的主要原因。中国西北干旱区粉尘源区的湿度和温度通过影响植被覆盖状况,对区域大气沉降过程产生影响,但局地环境和冻土变化差异,也会导致区域内不同载体记录的大气粉尘信息存在明显差异。本研究对更全面更准确地认识区域大气环境变化过程及其主要影响因素,具有科学意义。

DPM模型计算中国北方沙漠地区粉尘释放通量

本文利用DPM(Dust Production Model)模型模拟计算了我国北方沙漠地区不同的土壤微团粒在不同的地表粗糙度和地表摩擦风速下的水平跃移通量、粉尘释放通量、粉尘释放效率以及在特定量中粉尘粒子的质量和数浓度的分布,并对上述计算结果进行了讨论和分析。通过与实际观测结果进行对比的粗糙度和地表摩擦风速下粉尘释放通量后发现二者基本一致,从而证明了DPM模型是可以用来初步模拟中国北方沙漠地区的粉尘释放过程,这将有利于进一步较准确得模拟沙尘的输送、沉降以及气候效应。

北太平洋地区春季粉尘的空间分布特征——观测及模拟

通过对2001年4月的一次中亚强沙尘暴过程的观测事实分析和数值模拟,结果表明,源自中亚的强沙尘暴扬起的粉尘,通过西风急流远程传输到韩国、日本、北太平洋、北美大陆.北太平洋地区的沙尘沉积通量空间分布将主要取决于3个方面:沙尘沉积通量随传输距离的增加呈指数衰减;传输路径上粉尘有较高的沉降通量;沙尘过境时的降水空间格局将在很大程度上决定粉尘的沉降空间格局.

基于冰芯记录与遥感数据的近期青藏高原粉尘变化研究

冰芯中的微粒记录是恢复过去大气粉尘变化的独特信息,选取青藏高原的西部(慕士塔格)、中部(唐古拉)、南部(珠穆朗玛峰、达索普和宁金岗桑)为研究地点,结合遥感数据(气溶胶指数)和冰芯记录(粉尘质量浓度与沉积通量)探讨过去几十年来青藏高原大气粉尘在时间上和空间上的变化.结果表明:青藏高原上气溶胶指数从北向南、从西向东减少,靠近塔克拉玛干沙漠的地区气溶胶指数数值最大,藏南地区最低,与西风环流在高原的传输路径和源区的地理分布一致.冰芯中粉尘质量浓度表现为:高原中部>高原西部>高原南部,而沉积通量表现为高原西部>高原中部>高原南部,与气溶胶指数相一致.通过冰芯中的粉尘沉积通量记录与气溶胶指数的相关分析,发现在年尺度上仅有唐古拉地区表现出较好的相关性,而在其他地区无明显相关关系.经过3点滑动平均后,高原各地的这种相关性均有所提高:慕士塔格地区相关系数为0.49(P=0.13);唐古拉地区的相关系数为0.87(P<0.001);宁金岗桑地区的相关系数为0.68(P=0.03).这种相关性为通过冰芯记录来反演更长时间尺度的青藏高原上气溶胶指数提供了基础.

毛乌素沙地风沙沉积物磁学特征及其古环境意义

在沙漠沉积环境中,成土作用对磁化率的贡献较小,往往被原生磁信号掩盖,因此分离两种磁组分对气候和粉尘代用指标的提取至关重要.本研究选取位于毛乌素沙地东缘的锦界风沙沉积剖面为研究对象,利用多变量一元线性回归中的"平均值概念"进行磁化率的原生碎屑组分0和次生成土组分Xpedo的分离,并探讨磁学参数所承载的气候和环境意义.结果显示,磁学比值参数(如Xpedo/X0、Xfd/HIRM、Xfd%和XARM/SIRM)彼此之间存在显著线性或指数/对数相关关系,它们对成土强度指示明确,可以在一定程度上减小或避免磁性矿物背景值差异所产生的误差,与磁化率相比更适宜用于该区的古降水量重建.HIRM主要由碎屑赤铁矿含量控制,HIRM与X0存在明显正相关关系,表明碎屑赤铁矿随原生磁性矿物总体含量的增加(减少)而增加(减少),在粉尘成因磁性矿物中所占比例大致稳定,从而HIRM可以指示源区粉尘通量的变化.锦界剖面的原生和次生磁性矿物浓度均明显低于黄土高原黄土,不同地层X0和Xpedo在磁化率中所占的比例存在较大差异,因此磁化率的环境意义比较复杂,在使用其恢复古气候古环境时需慎重.

过去6.0～2.0Ma大气铁载荷及其指示的北半球大冰期发生的可能原因（英文）

基于中国中部的一个沉积序列的铝浓度重建了过去6.0~2.0 Ma的大气铁载荷与粉尘通量变化。铁载荷从6.0 Ma的~0.3μg·m^(-3)开始增加,到3.0 Ma左右达到最高值约1.2μg·m^(-3),然后开始迅速下降。黄土高原的大气铁载荷和粉尘通量变化型式与ODP 885/886孔的粉尘通量,以及ODP 882孔的生物蛋白石海洋沉积速率的变化型式一致,都显示了从6.0 Ma到2.7 Ma的增加趋势。这表明粉尘的海气交换最可能通过铁肥机制影响海洋生产力。从3.6 Ma至2.7 Ma,铁载荷与北太平洋古海洋生产力及全球大气CO_2的变化存在高度一致性,指示了粉尘/铁通量的增加及其导致的各种反馈作用很可能加速北半球大冰期的发生。

毛乌素沙地的粉尘释放通量观测及DPM模型的野外验证

目前关于中国粉尘源区的释放通量观测数据很少,被经常使用的DPM粉尘释放模型在中国源区的可靠性还没有得到验证．2002年春季在毛乌素沙地开展了野外观测实验,分别观测了跃移通量、<10μm的粉尘释放通量、温度和风速梯度．观测期间平均摩阻风速在0．26-0．35 m．s-1之间,实测的跃移通量约在0．07～8．00 g·m-1·s-1之间,实测和模拟的跃移通量较为一致,跃移通量方程经验系数取2．61比较合适;在3次局地的粉尘释放过程中,实测的粉尘释放通量约在1～3μg·m-2·s-1之间,模拟的粉尘释放通量偏高,说明该模型在低风速条件下还需要校正．通过与前人数据的比较,发现松散的砂质土的跃移通量大于具有物理结皮的砂质土和存在大土壤团块的壤质土,说明在相同摩阻风速条件下,松散的砂质土的粉尘释放通量最大,预示中国北方粉尘的主要源地在沙漠和沙漠化的土地．

戈壁近地表粉尘释放动力机制的野外风洞试验

跃移沙粒的轰击是戈壁地表粉尘释放的主要动力机制。以往对戈壁粉尘释放的包括风洞试验及野外监测的研究,由于高频测量仪器与试验方法的欠缺,无法定量化跃移沙粒能量等因素对戈壁地表粉尘释放的影响。本研究采用野外风洞,利用Sensit传感器对跃移沙粒不同能量过程进行测定,研究不同供沙条件下的戈壁近地表(0~20 cm)范围内的粉尘变化规律与地表粉尘释放动力机制。结果表明:跃移沙粒轰击作用是戈壁地表粉尘释放主要因素,也是评估粉尘释放程度的重要指征;跃移沙粒的反弹能量与粉尘释放通量相关性最强,冲击能量次之,5 cm高度撞击能量相关性最小,表明跃移沙粒轰击形成的冲击及反弹能量的转化是粉尘释放的一个重要动力过程。

基于泥炭记录的过去150a东北山地大气粉尘沉降

为了探究过去150 a来大气粉尘沉降历史及其对季风边缘区和季风影响区的影响差异,利用长白山典型雨养泥炭灰分粒度、成岩化学元素、210Pb和137Cs年代等指标重建过去大气粉尘变化,并与大兴安岭摩天岭雨养泥炭粉尘记录进行比较。东北山地泥炭灰分主要以粘土颗粒和粉砂颗粒物为主。中值粒径和成岩元素特征也初步揭示东北山地泥炭中矿物灰分主要源于蒙古国和中国北方沙漠和沙地的土壤尘。大气土壤尘降通量自19世纪初至20世纪60年代表现出逐渐增加的趋势,与区域近代化、工业化和战争等人类活动强度增加一致。在过去60 a间具有减小的趋势,与区域自然尘暴的监测数据吻合较好。东北地区长距离传输的大气土壤尘降通量背景基线为(5.2±2.6) g m^(-2)a^(-1)。长白山大气土壤尘降通量(5~38 g m^(-2) a^(-1))小于大兴安岭(14~68 g m^(-2) a^(-1)),揭示了大气尘降随着与尘源区的距离增加而递减,对东北地区西部的影响要强于对东部的影响。