近千年中国东部夏季降水的模拟研究

利用ECHO-G海气耦合气候模式模拟的中国东部过去近1000年的降水资料,通过经验正交函数分解方法得到了中国东部夏季降水分布的主要空间型态:华北和华南地区与长江中下游地区反位相,即华北和华南地区降水多(少)时长江中下游地区降水少(多)。对31年滑动平均后3种空间分布型的时间系数进行Morlet小波分析和功率谱分析发现,3个地区均存在准60年的年代际振荡周期,长江中下游和华南地区均存在准200年的百年际振荡周期,华南地区还存在120年和80年的变化周期。全球海温场与3个地区夏季降水31年滑动平均后的相关分析表明,在40°～70°S,170°～60°W海域海温与华北和长江中下游地区夏季降水负相关,与华南地区夏季降水正相关除该区外的南北半球(30°～60°)中高纬海域海温与华北和长江中下游地区夏季降水正相关、与华南地区夏季降水负相关,说明在年代际和百年际时间尺度上,中高纬海域海温是影响长江中下游地区和华南地区夏季降水反相的主要因子之一。最后通过对太阳常数、火山活动等外强迫因子与中国东部夏季降水的功率谱分析发现:中国东部夏季降水的年代际与百年际变化周期大都与外强迫因子的变化周期一致,说明外强迫因子,尤其是太阳常数和火山活动的变化是影响中国东部夏季降水年代际和百年际振荡的主要原因。

中晚全新世六盘山流域土壤侵蚀的湖泊沉积记录

流域土壤侵蚀是流域水文-气候-生态的集中表现之一,对生态、环境等有着重大影响,重建过去流域土壤侵蚀强度对理解区域人类活动具有重要意义。本文选取黄土高原西南部高山湖泊--六盘山天池沉积岩芯为研究对象,基于XRF岩芯元素数据分析,结合可靠的AMS^(14)C年代序列,重建了中晚全新世以来六盘山流域土壤侵蚀强度变化记录。结果显示:5570-1600 cal BP,流域土壤侵蚀整体较强,侵蚀强度逐渐减弱,其主要受控于降水变化,也受植被覆盖等因素的影响;随着晚全新世气候逐渐变干,1600 cal BP之后的侵蚀强度整体弱于前一时期,此时段由于人类活动的显著影响,加剧了流域的土壤侵蚀。太阳辐射可能是研究区土壤侵蚀强度变化的初始驱动力,ENSO通过驱动亚洲季风变化影响区域降水,进而直接影响流域土壤侵蚀的强度变化。

河漫滩沉积体系对洪水事件的指示——以修河为例

河漫滩是洪水漫溢过自然堤而在河流两岸水流流速降低的地貌环境下所塑造的河流地貌单元,是洪水过程所形成的独特沉积体系,蕴含着大量的河流水文信息,但由于河流侧向摆动、河漫滩沉积速度较快等原因,造成河漫滩沉积环境变化较快,河漫滩沉积体系长期以来没有得到足够的重视。以鄱阳湖修河下游永修三角乡修河右岸的近现代河漫滩沉积序列为例,基于^(137)Cs比活度测试和事件性沉积建立时间标尺,依据粒度组份等指标,结合气象和水文观测数据,探究了器测以来河漫滩沉积体系对洪水事件的记录及记录特点。研究结果表明:较大洪水期间水动力不稳定、粒度较粗、分选差(或者好)、粒度跨度宽;该剖面揭示了1953年来16次较大洪水年份的14次,检出率高;平均粒径(μm)和SS(分选系数×粒径跨度)等指标对洪水事件的检出最好。这样揭示出来的洪水,可称为异常洪水,有别于基于滞水沉积所反演的极端洪水事件。研究在一定程度上能拓宽古洪水的研究内容与研究内涵。

水动力扰动方式对富营养化湖泊藻毒素的影响

太湖是一个典型的大型浅水湖泊,在季风影响下,常年受风浪扰动影响。为了解风浪扰动对太湖水体中微囊藻释放藻毒素(MC)的影响,于2018年7月采集含有微囊藻水华的太湖原水,在中国科学院太湖湖泊生态系统研究站设置了对照、间歇扰动和持续扰动3种处理方式来进行模拟实验,研究水体中藻毒素的变化,实验共持续19 d。结果表明:3种处理方式下,MC浓度的变化趋势一致,1~13 d呈升高趋势,其后均有不同幅度的下降;对照组MC浓度最低,平均值为1.69μg·L-1,显著低于间歇扰动组和持续扰动组(P<0.05);间歇扰动组和持续扰动组MC均值分别为1.81和1.86μg·L-1,两者差异不显著;3种处理方式下,单位藻细胞MC含量1~7 d持续减小,且各组间差异不显著(P>0.05);10~19 d各组均有一个先增加后减小的过程,且组间差异均显著(P<0.05),对照组、间歇扰动组和持续扰动组单位藻细胞MC含量均值分别为0.55、1.20和1.98μg·108cells-1;本实验条件下MC与氮磷等因子显著负相关,与水温、SS、Chla等之间显著正相关。本研究表明,扰动可促进水体中藻毒素浓度及单位藻细胞藻毒素含量的升高。

元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。

多重理化指标揭示的中国南方更新世网纹红土网纹化机制

网纹土地层包括网纹黄(色)土和网纹红(色)土,形成于低山、丘陵地理景观和热带、亚热带湿热气候环境中,是温暖湿润的气候环境下形成的第四纪重要地层单元。但其网纹化的机制及其第四纪古气候、古环境的意义一直比较模糊。对长江中游三地不同发育程度的网纹红土地层中网纹与基质分离测试研究表明:网纹中,细黏粒颗粒(<0.2μm)相对少、含水量高,土体中发生了以Fe、Mn、Co、Ni、Cr、V等铁族元素为主的过渡金属元素的强烈淋失和Zr、Hf等稳定元素及SiO2的强烈富集;较低的pH、较低的氧化还原电位及较低的Fe^3+/Fe^2+比值,表明网纹具有较强的酸性和还原性。而基质中,游离铁(主要是赤铁矿)强烈富集,较高的Fe^3+/Fe^2+比值、较高的pH与氧化还原电位,指示土体处于偏氧化环境。网纹与基质中这种酸碱特点与氧化―还原环境的差异,有利于过渡金属元素呈低价态随水渗滤到基质中转化成高价态而沉淀积累。只要土体环境反复干湿交替,在网纹与基质之间就会形成以铁元素为主的过渡金属元素的淋溶―沉淀;元素物质的淋溶―沉淀,增加了网纹与基质之间孔隙度的对比,从而也增加了土体中网纹―基质之间的含水量差异,进一步促进了元素物质的淋溶―沉淀。这一过程,在网纹与基质之间,激发了一个正反馈作用,这是网纹形成与发育的环境动力机制。本文研究比较了中国南方网纹地层的地质年代与冬、夏季风在第四纪的代用指标记录,初步认为中国南方网纹红土是东亚冬、夏季风在早更新世晚期达到一定强度,形成显著的干湿交替的气候环境特点后,而在较为温暖湿润的热带―亚热带气候环境下形成的一种特有地层。