热带地区气候环境变化对全球气候系统有着非常重要的影响,本研究从湖泊沉积物、砗磲碳酸盐壳体等高分辨率载体入手,分析南海西沙地区晚全新世气候环境特征及其变化机制。论文主要从以下几点进行讨论：1.南海西沙现代气象资料的分析利用1958—2005年有关南海西沙群岛的气象资料与ENSO观测资料,从气温、降雨、台风3个方面分析南海西沙群岛气候异常与ENSO事件之间的关系。结果表明,南海西沙群岛季节和年际气候异常与ENSO事件存在非常密切的关系,具体表现如下：南海西沙群岛逐月气温距平百分率与月ENSO指数存在显著的统计正相关关系,在厄尔尼诺期间一般表现为气温偏高,拉尼娜期间则相反；年平均降雨量与ENSO指数存在显著的负相关关系,典型拉尼娜年的降雨量比厄尔尼诺年多约50%；此外,在厄尔尼诺期间,到达南海西沙地区的热带气旋频次比拉尼娜期间明显要少。2.南海西沙过去千年降雨变化在准确定年的基础上,对采自南海西沙东岛的湖泊沉积物粒度、介形类壳体碳氧同位素进行分析,重建了东岛过去千年干湿变化。结果显示,东岛在较为温暖的1000-1400年和1850-2000年表现出相对干旱,而在1400-1850年的小冰期期间则表现为湿润。考虑到东岛的地理位置,这样的干湿变化很难被目前的ITCZ小冰期南移理论所解释。结合太平洋地区已有的一些干湿记录的综合分析,我们认为虽然ITCZ的摆动可能在太平洋水循环的长期变化中起到了重要作用,但沃克环流的长期变化可能也影响了太平洋地区,尤其是太平洋东西两岸沃克环流的上升支和下沉支区域。3.过去2000年南方涛动指数的重建南方涛动及其伴随的太平洋沃克环流变化,是当前热带太平洋地区甚至全球气候年际异常的主要影响因素,因此研究南方涛动指数的变化历史对理解气候变化机制以及预测未来气候变化有重要意义。通过综合热带太平洋地区已有的降雨记录,利用合理的数学方法,我们重建了过去2000年的南方涛动指数变化。结果显示,在温暖的罗马暖期、中世纪暖期和现代温暖期,南方涛动指数偏负,指示一种偏厄尔尼诺的状态；而在寒冷的小冰期,南方涛动指数偏正,指示一种偏拉尼娜的状态。此外,我们还发现南方涛动指数过去2000年的变化与太阳活动以及北半球的一些气候系统如东亚季风、北大西洋涛动等之间存在明显的关联。4.南海西沙现代大砗磲高分辨率δ180和Sr/Ca研究及其气候意义对采自南海西沙永兴岛的现代大砗磲YX1进行高分辨率的δ180和Sr/Ca比值测试。5180的测试序列显示出很好的年周期变化,并与周围海水达成氧同位素分馏平衡。利用ICP-OES测试得到的Sr/Ca序列同样显示出很好的年周期变化,并与SST变化有很好的相关性,可以作为SST重建的替代性指标.但是,利用LA-ICP-MS测试得到的Sr/Ca序列则没有显示出很好的年周期变化,这可能与砗磲碳酸盐中夹杂的有机质杂质有关,这些有机质杂质与碳酸盐晶体的Sr/Ca比值存在显著差别,在ICP-OES测试中,这些有机质大多无法被溶解,因此不会对测试结果产生显著影响,而在LA-ICP-MS的测试中,这些有机质杂质会进入样品中,从而对测试结果产生影响。5.南海西沙3种现代砗磲Sr/Ca比值的差异对采自南海西沙群岛的三种砗磲(库氏砗磲,无鳞砗磲和砗蚝,其中库式砗磲3个,无鳞砗磲和砗蚝各两个)进行了高分辨率的St/Ca比值分析。结果表明,库氏砗磲和无鳞砗磲的Sr/Ca比值呈现出清晰的年周期变化并与实测的海表面温度(SST)形成了较好的对应,可以作为SST重建的替代性指标；而砗蚝的St/Ca比值基本上没有年周期信号,不适合作为SST重建的替代性指标。此外,在Sr/Ca比值的平均值上,三种砗磲之间相差较大,因此利用砗磲St/Ca比值进行历史时期SST重建之前应先对砗磲进行种属鉴定,不同种砗磲之间的温度计不能随意混用。6.晚全新世温暖期南海西沙高温的砗磲记录对采自南海西沙群岛的两个砗磲(AMS14C定年显示分别存活于中世纪暖期早期(公元914年左右)和罗马暖期(公元前10年左右))进行高分辨率的5180和Sr/Ca分析,结合前期现代砗磲温度计的研究结果,恢复了公元914年(共11年)和公元前10年(共20年)左右的南海西沙月分辨率的SST变化。结果显示,在中世纪暖期和罗马暖期,南海西沙的海表面温度比1994-2005年分别高0.88度和1.64度。由此推断,最近50年的全球变暖至少在南海西沙地区没有全面超过晚全新世的自然温暖期。7.南海西沙沉积物重金属变化与人类冶金历史的关联通过对南海西沙鸟粪沉积物中重金属Cu的测定与校正,我们获得了过去2000年来鸟粪中Cu含量的变化,结果发现鸟粪中Cu含量与中国古代的铜产量以及中国大陆封建文明的盛衰存在密切的联系。在社会政治稳定、经济繁荣的朝代之中时,鸟粪中铜含量相对较高；而在朝代更替、战乱频繁、社会经济退步的时段,鸟粪中铜含量一般都处于低谷状态。根据历史文献中部分时段铜产量记录与鸟粪中铜含量的对应关系,建立起转换函数并以此恢复出了两千年来中国的铜产量。通过对南海西沙东岛两个沉积柱中总汞含量的测定和校准,我们获得了海鸟粪中汞含量在过去千年的变化情况。结果表明,在公元1600年左右,鸟粪中汞含量开始快速增加,这可能与美洲金矿开采,人类大规模利用汞进行金属冶炼有关。在工业革命之后,由于煤的大量使用以及氯碱、炼油等工业活动的兴起,大量Hg被排放到环境中,鸟粪中的Hg再次出现快速增加。从西沙Hg记录与欧洲、格陵兰、南极等地Hg记录对比的情况来看,工业革命后,北半球的Hg污染要比南极严重的多。