【摘 要】
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过去2000年的气候变化研究是探寻全球气候变化规律的核心内容之一,对其研究不仅能深入挖掘百年-年际尺度近2000年气候变化规律,评估人类活动和自然变率对气候变化的影响,还能预测未来气候的变化趋势。亚洲夏季风(ASM)对全球气候变化的响应极其敏锐,是季风领域最活跃的组成部分,已成为研究全球气候变化不可或缺的一部分。它通过改变水资源的可利用性对其影响范围内的区域产生了重大的经济和社会效应,进而影响到社
【基金项目】
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亚洲夏季风在倒数第二次冰期内波动的幅度-模式与原因,国家自然基金面上项目(41873001);
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过去2000年的气候变化研究是探寻全球气候变化规律的核心内容之一,对其研究不仅能深入挖掘百年-年际尺度近2000年气候变化规律,评估人类活动和自然变率对气候变化的影响,还能预测未来气候的变化趋势。亚洲夏季风(ASM)对全球气候变化的响应极其敏锐,是季风领域最活跃的组成部分,已成为研究全球气候变化不可或缺的一部分。它通过改变水资源的可利用性对其影响范围内的区域产生了重大的经济和社会效应,进而影响到社会的生活和福祉。因此,ASM的研究在揭示古环境、古气候变化和探讨人类社会生活等方面发挥着重要作用。石笋作为一种独特的地质研究载体,在古气候变化重建中得到了广泛的应用。但对以往的石笋研究中,多数集中于氧同位素组成(δ18O)与水文气候态变化之间的联系,而忽略了碳同位素组成(δ13C)及其他地球化学指标在气候变化研究中的重要作用。万象洞位于现代亚洲季风与西风急流相互作用的青藏高原和黄土高原气候区过渡地带,对亚洲夏季风的变化响应非常敏感,处于古气候研究的理想位置。文中选用陇南万象洞WX42B石笋作为研究对象,基于石笋721组碳氧同位素和微量元素数据重建了近2000年来亚洲季风边缘区季风降水及生态环境演变。对比分析石笋δ18O和δ13C的变化特征,探讨了近2000年来夏季风降水和生态演变的关系;再结合微量元素比值的时间序列,揭示出WX42B石笋微量元素比值的气候环境含义;探究了近2000年来亚洲夏季风变迁、区域生态环境演变与太阳活动记录、北半球温度、ENSO、NAO、PDO以及ITCZ之间的关系,阐述了他们之间的耦合关系。得出以下主要结论:(1)万象洞WX42B石笋δ13C响应当地水文气候变化,指示洞穴上覆植被密度的变化。在百年-年代际尺度上,石笋δ18O与δ13C协同变化,石笋δ13C响应着由δ18O所指征的季风降水的变化。WX42B石笋记录显示了4个气候和植被条件不同的时期:黑暗冷期(DACP,公元192-892年)气候相对寒冷湿润,植被稀少;中世纪气候异常期(MCA,公元892-1300年)气候温暖湿润,植被覆盖良好;小冰期(LIA,公元1300-1870年)研究区气候寒冷干燥,植被覆盖度较差;当代暖期(CWP,公元1870-2003年)区域气候相对温暖潮湿,植被覆盖较好。表明万象洞石笋δ13C可以作为植被变化的指示器,用于区域生态环境演化和水文状况变化的重建。(2)万象洞WX42B石笋微量元素比值(Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca)指示当地水文气候变化,响应季风降水和上覆植被密度变化。石笋微量元素比值(Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca)越大,表明环境越干燥,植被稀少,生态环境退化;反之环境越湿润,植被茂密,生态环境改良。WX42B石笋微量元素比值受多种因素的耦合作用,既有水-岩相互作用、渗流水滞留时间,也有石笋生长速率,但PCP作用可能不是主要因素。尽管有多重因素影响,但归根结底其受气候影响,响应亚洲夏季风的变化。(3)万象洞WX42B石笋δ18O与δ13C记录显示过去2000年出现六次显著季风减弱事件,季风降水显著减少,植被密度小,生态环境退化,这些事件中心分别在公元370年、892年、1050年、1400年、1624年、1930年左右。在误差范围内,与中国北方的降水指数记录的6次主要的降水减弱事件同步。(4)进一步将太阳活动、北半球温度、ENSO、NAO、PDO以及ITCZ与石笋δ18O、δ13C对比分析,发现这些记录之间存在良好的对应关系,在百年-年代际尺度上近2000年亚洲夏季风的变化受海气环流ITCZ、ENSO、PDO和NAO的调控,但最终受控于太阳活动强度变化,是多因素耦合作用的结果,间接影响生态环境的变化。
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