青藏高原古里雅冰芯记录的轨道、亚轨道时间尺度的气候变化

研究了青藏高原冰芯与极地冰芯记录在轨道、亚轨道时间尺度上的气候变化特征及可能原因.在青藏高原冰芯记录中,轨道时间尺度上的气候变化基本超前于极地,说明在以轨道变化驱动为起因的气候变化中,青藏高原的变化(或反应)比极地来得更快,太阳辐射变化是控制轨道时间尺度上的气候变化的主要因子.但在亚轨道时间尺度上的许多气候变化,青藏高原滞后于北极地区.如Younger Dryas和Heinrich事件,都是格陵兰冰芯记录的变冷早于古里雅冰芯记录.可以认为,这些亚轨道时间尺度上的气候变化可能受劳伦冰盖的影响.因此,冰盖对某些冰期气候内的亚轨道时间尺度上的气候变化具有决定性作用.

青藏高原区域抬升对轨道尺度亚洲季风调制效应的模拟研究

本研究利用大气环流模式,基于青藏高原及周边区域的8个地形抬升情景,并考虑地球轨道参数(强弱岁差和高低地轴倾角)组合,开展了24组敏感性数值试验,集中研究了地形抬升对轨道尺度欧亚内陆干旱和季风降水的调制作用。结果分析表明,整体而言,青藏高原区域地形的阶段性逐步抬升调制的欧亚大陆降水对岁差和地轴倾角的响应具有类似的分布特征,但响应强度略有差异。此外,不同地形抬升情景下,降水对轨道强迫的响应呈现出区域差异。其中,亚洲内陆干旱区是区域地形调制轨道强迫作用的高敏感区域,尤其伊朗高原抬升有效强化了轨道导致的降水增加信号;青藏高原中部、东部和北部的抬升则通过引导季风环流向北辐合加强,增强了岁差和地轴倾角引起的北东亚季风降水幅度;伊朗高原抬升有效地加强了中国黄土高原降水对地轴倾角的响应。这些试验结果揭示青藏高原是东亚夏季季风的轨道尺度变率的潜在影响因子,这可为地质记录揭示的季风在轨道时间尺度上变率强化现象提供机制上的解释。

轨道尺度的亚洲夏季风演变:“困惑”与探索

亚洲夏季风影响着亚洲大陆数十亿人口.半个世纪以来,亚洲夏季风研究取得了许多重要成就,但一些科学问题依然有待深入探索.这其中包括轨道时间尺度的两个难题:(1)中国黄土的磁化率序列显示亚洲夏季风变化以冰期-间冰期~100kyr周期为主,而中国石笋氧同位素(δ18O)序列则以~20kyr岁差周期为主,两者主导周期的差异成为了悬而未决的"中国的100kyr周期问题";(2)亚洲大陆石笋δ18O序列与许多海洋沉积记录在岁差波段上的显著相位差异,是争议已久的"海-陆岁差相位的困惑".应当如何解答这些难题呢?首先,伴随着轨道尺度数值模拟的不断发展,岁差波段上降水量和风场变化在亚洲夏季风广大区域中的不均匀性及其区域模态差异逐渐明朗,不同气候记录的分歧在很大程度上可能只是这种降水和风场空间不均一性的体现.其次,不同记录载体有其固有的优势和局限,而此间差异则部分反映了这些局限性.总体而言,亚洲夏季风的黄土、海洋和石笋记录之间并不存在相互否定的关系,而是具有互补性;它们各自刻画了亚洲夏季风动力学系统的不同方面.因此,从整体季风系统的视角审视这些记录,能够基本解释亚洲季风的"中国的100kyr周期问题"和"海-陆岁差相位的困惑"这两个科学难题.

欧-亚-非大陆季风:超级大陆与超级季风的雏形

欧洲-亚洲-非洲大陆聚集在一起,占地球陆地面积的一半以上(约56%),整体上可以近似看作是超级大陆的"雏形";相应地,广泛分布的亚洲-非洲季风-干旱气候系统也可以近似为超级季风-干旱系统的"雏形"。对这一巨大气候体系的研究不仅本身有十分重要的理论和实际意义,同时也能够为研究潘基亚超级大陆-超级季风系统及其演化提供现代或第四纪的"相似型"。晚更新世-全新世地质记录和气候模拟结果表明亚洲-非洲夏季风气候变化主要响应北半球夏季太阳辐射变化;南北半球季风变化在岁差尺度上的相位关系近于相反;西风环流影响下的中亚干旱-半干旱区气候变化在岁差尺度上与亚洲季风也接近同相位变化;亚洲-非洲季风-干旱气候系统的这些变化在岁差尺度上领先于全球冰量的变化。总体上,似乎可以提出这样一种假说:受到地球轨道偏心率幅度调谐的太阳辐射在岁差尺度的周期波动可能是季风-干旱气候在轨道尺度上的主导"韵律",包括潘基亚超级大陆季风气候在轨道尺度上的变化。第四纪欧洲-亚洲-非洲"超级大陆"及其季风-干旱系统本质上与潘基亚超级大陆的季风-干旱系统有着一定程度的相似性,因此研究前者是理解后者(所谓将今论古)的重要途径之一,对解译深时"碎片"化的地质记录有实际意义。

触发和驱动第四纪冰期的机制是什么?

晚新生代地球环境演化的重要事件包括冰期气候和人类起源等,其中,冰期及其旋回问题受到广泛关注,但迄今没有被广泛接受的理论解释.地球构造活动诱发的地表风化强度和大洋环流变化,改变了大气CO2含量和地表热量传输过程,其与地球运动轨道变化调制的太阳辐射量变化周期,包括地球轨道偏心率、黄赤夹角和岁差等,共同驱动了第四纪大冰期降临及旋回变化.其中,太阳辐射量变化起主导作用.在包括海陆配置、大气CO2、洋流变化、岩石风化等达到临界点的背景下,太阳辐射量变化驱动着第四纪冰期气候旋回变化.在晚上新世,由于地表化学风化加强、深海沉积埋藏碳增多,使得大气中CO2含量减少,温室气体效应减弱;加上高纬地区接受太阳辐射量降到临界值,高纬地区冰川发育并形成强大的反馈机制,北半球冰期来临并在之后发生了中更新世冰期气候转型.在上新世-更新世的古气候变化中,存在~400,100,41和23ka等周期,这是太阳辐射量变化驱动的结果;其中,大气CO2和冰冻圈反馈起到重要的放大作用.近200年以来,人类急剧向大气中排放CO2气体,增强了温室气体效应,可能改变冰期气候的趋向.

晚第四纪印度洋-太平洋交汇区降水时空演化

印度洋-太平洋交汇区(印太交汇区)作为全球的水汽和热量中心,在多种时间尺度的气候变化中都扮演着重要的角色。然而,迄今该区域晚第四纪古降水时空演化仍不清楚,主要体现在不同区域或不同指标的降水重建结果出现明显不一致、甚至相反的现象。本研究基于印太交汇区已有重建记录,总结了该区域轨道和千年时间尺度上古降水演化特征及机制。在轨道时间尺度上,尽管该区域大多数降水记录都主要受到岁差主控的日射量变化影响,但其响应的相位关系却截然不同,推测是多种气候因子共同作用的结果。在千年时间尺度上,降水变化主要受控于北大西洋千年时间尺度气候突变事件导致的热带辐合带(ITCZ)迁移;其次,厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)以及印度洋偶极子(IOD)的活动也对该地区局部降水有所贡献。另外,苏拉威西等印太交汇区中部区域的降水受到海平面变化的显著影响。总体来看,印太交汇区古降水记录仍存在重建指标单一、部分区域缺乏高分辨率记录等问题,降水空间分布及其变化机制也尚不明朗,需更多的高分辨率古降水重建以及模拟工作的开展去全方面阐明印太交汇区降水的时空演化特征及机制。