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第四纪研究 2017年第05期杂志 文档列表

南海第四纪东亚季风演化的粘土矿物指标921-933

摘要：南海作为西太平洋最大的边缘海，记录着东亚季风的演化历史。本文在过去十多年研究积累的基础上，综述粘土矿物是记录南海东亚季风演化历史的良好指标。大量表层样品和多个沉积岩芯的研究显示，南海第四纪以来的蒙脱石主要是形成于周边岛屿火山岩的快速化学风化作用，记录了同时期的东亚夏季风气候条件；伊利石和绿泥石形成于周边大陆和岛屿的机械侵蚀作用，与强烈降雨引发的侵蚀能力或东亚冬季风相对寒冷的气候条件有关；而高岭石形成于周边陆地表面的强烈化学风化作用，指示地质历史时期累积的或第四纪同时期的温暖潮湿气候条件，但由于强烈的差异沉降作用，高岭石在南海主要沉积在近海陆架区域，在深海记录中多指示海平面变化的古环境特征。因此，我们提出蒙脱石／（伊利石＋绿泥石）比值是南海第四纪东亚夏季风演化的良好指标，比值高代表夏季风温暖潮湿气候条件下增强的化学风化作用，比值低指示冬季风相对寒冷气候条件下减弱的化学风化作用，或是强烈降雨气候条件下增强的机械侵蚀作用。南海东亚夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系，表明东亚季风演化的天文驱动机制，第四纪以来的长期演化显示南海在1200～400ka期间盛行夏季风，可能是受到赤道太平洋厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响。

黄土高原黄土粒度的空间变化及其古环境意义934-944

摘要：20世纪50～60年代，刘东生先生组织了黄河中游黄土区十条大断面（六纵四横）的野外考察和室内分析，从而证实了从西北到东南黄土粒度逐渐变细的现象，并划分出砂黄土、黄土和粘黄土带。从此，粒度成为黄土研究最基本、最重要的物理指标之一。时至今日，黄土粒度的古气候意义依然有待进一步明确。在前辈研究的基础上，我们对黄土高原57个s2以上剖面进行了详细调查和粒度分析，构建了典型冷暖时期粒度等值线。结果显示，无论是黄土还是古土壤，其粒度均从北向南变细，粒度等值线整体上呈现近东西向展布，表明粒度空间分异以南北向为主。地质记录综合对比显示，沉积区距物源区的距离变化对黄土粒度的影响是第一位的，冬季风风力变化的影响是第二位的。据此，我们构建了“黄土中值粒径一沉积区距源区最小距离”的模型。模型显示：距源区最小距离在400km以内为“快速分异区”，粉尘沉积的粒度随搬运距离增加迅速变细，黄土高原黄土即在此区域；在400～2000km间为“缓慢分异区”，粉尘粒度随搬运距离的增加缓缓变细，黄土高原新近纪红粘土即为典型代表；距源区2000km以上为粉尘沉积与搬运风力的“平衡区”，粉尘粒度随搬运距离增加变化很小，深海粉尘沉积为典型代表。依据低空搬运的黄土“粒度一距离”模型推测的远距离（〉2000km）搬运后的粉尘粒度为1～3μm，同高空搬运的北太平洋现代降尘和深海粉尘沉积粒度（2～4μm）非常吻合，表明该模型可能揭示了风力这样一种地质营力的内在动力学特征，这一点需要在今后研究中予以关注。

过去2000年温度集成重建研究：进展与展望945-962

摘要：过去2000年气候变化研究是全球气候变化研究的核心内容，不仅可以提供20世纪气候增暖的自然背景，也是最终揭示20世纪气候变暖机理并预估未来气候变化趋势的关键途径，是国际大型计划（如PAGES，过去全球变化研究计划）的优先研究时段。近20多年来，特别是近几年，随着代用资料的不断积累和气候重建方法的改进和发展，过去2000年大尺度气候重建研究取得了长足发展，在区域和北半球气候集成重建方法，年际、年代、百年乃至千年时间尺度上的气候时空变化特征和机制，及最近几十年气候增暖的历史地位等方面的研究均取得了重要科学认识，形成了现代气候增暖机理和未来气候趋势预估的科学基础。本文主要从方法学、研究历史回顾和现阶段形成的科学认识等3个方面论述过去2000年气候变化研究取得的成就，并对未来的研究方向进行了展望。

中国黄土记录的季风快速变化963-973

摘要：中国黄土高分辨率代用指标研究表明东亚季风气候存有亚轨道尺度的快速波动，与北半球高纬气候和大西洋经向环流变化关系密切。本文回顾前人在黄土高原地区多个典型剖面的研究结果，分末次冰期、最后两个冰期旋回及极端冰期（L9和L15）3个时段，阐述了粒度、元素比值、风化指数等代用指标揭示的冬、夏季风快速变化特征，并与冰芯、石笋和深海记录进行对比，探讨了季风突变事件的区域一致性和遥相关动力过程。结果表明，黄土高原西北部高分辨率黄土剖面代用指标对季风快速变化敏感，而东南缘黄土记录的突变事件不太清晰，这种差异受控于沉积速率和风化成壤的空间变化；在冰期-间冰期不同气候背景下，黄土粒度和元素比值的变化幅度和周期表现出较大差异，冰期幅度大、频率快，间冰期幅度小、频率慢，表明冰量大小对季风快速变化有调制作用；在两个极端寒冷期（氧同位素阶段22～24和38），黄土粒度同样表现出快速变化特征，但与北大西洋浮冰碎屑记录似乎难以对应，可能与海陆记录的分辨率差异和年代标尺不确定性有关。综上所述，季风快速变化特征在沉积速率相对较高、成壤相对较弱的黄土剖面比较清晰，在冰期一问冰期不同下垫面条件下季风快速变化的特征和机理可能不同。未来的季风快速变化研究，一方面在时间尺度上拓展高分辨率敏感代用指标研究，揭示季风快速变化的起源和演化特征；另一方面加强地质记录和数值模拟结果的对比研究，获得季风快速变化动力机理的全面认识。

近千年来青海湖水热变化再重建974-981

摘要：中国近千年来的水文气候变化大致以暖期时季风区相对湿润而西北西风区相对干旱为特征，处在季风边缘区的青海湖对验证此特征因此显得特别重要。然而相互不一致的青海湖研究结果还时常出现，多数时候与沉积物年代及所采用指标的解释的不确定性有关。本文重新分析了青海湖东部靠近沙岛水深5m处的一根2m的沉积柱里的有机指标，长链烯酮和正构烷烃的分布特征。长链烯酮Uk＇37古温度指标、％C37：4古盐度指标和直链烷烃的水生植物比（Paq）指标显示当代暖期（1850～2000A．D．）和中世纪暖期（800～1400A．D．）时湖水相对温暖，盐度较低和湖水深度增加，而小冰期时（1400～1850A．D．）相反；并且中世纪暖期相对当代暖期要温暖湿润，证实了以前从湖心深水沉积柱获得的烯酮结果。本文结果也显示至少在盐度变化明显的青海湖长链烯酮古温度指标不包括C37：4可能更合理一些；另外，气候从冷到暖的转变过程中，湖水温度和盐度变化似乎不同步，可能与径流输入的突然性增加有关。

全新世中期中国气候格局定量重建982-998

摘要：古气候要素的定量化，是认识气候变化规律的关键节点之一。以往对于我国的古气候要素定量化重建，主要基于孢粉一气候的统计学方法。由于该方法难以有效区分温度、降水和大气CO2浓度等环境因子对植物生长的影响，因而导致重建结果可能存在不确定性。本次研究，我们基于植物生理过程、新一代古气候定量重建的植被反演方法，考虑环境因子对植被生长的影响，利用新完善的中国第四纪孢粉数据库中的孢粉数据，定量化重建了我国全新世中期（6±0．5ka14C）的古气候要素空间格局。结果表明，全新世中期我国年均温度比现在略高约0．7℃，东部区域增温明显，尤其是东北地区，而西北地区可能略有降温；最冷月温度增温较大，达约1℃，而最热月温度增温较小，为约0．5℃。全国年降水量整体比现在多约230mm，主要是夏季降水增多所导致，其中东部地区增加显著。上述结果揭示，全新世中期全球增温将有利于我国降水增加，并导致季节性温度变化明显。本次重建结果增强了与古气候模拟结果的可对比性。

末次冰盛期和全新世中期东亚地区水汽输送的模拟研究999-1008

摘要：利用国际古气候模拟比较计划最新第3阶段中9个气候模式针对末次冰盛期、13个气候模式针对全新世中期的数值试验数据，集中研究了这两个时期东亚地区的水汽输送变化。结果表明，相对于工业革命前期，末次冰盛期东亚地区冬季异常水汽输送主要来自跨赤道气流和西北太平洋，东亚大陆沿岸及其临近海域为主要的水汽异常辐合区，对应冬季净降水量增加，异常辐散区主要位于热带海洋和西北太平洋，净降水量减少；夏季，东亚地区异常水汽输送通量以辐散为主，大部分地区净降水量减少，对应东亚夏季风减弱。全新世中期东亚地区冬季水汽输送变化较弱，东南部及临近海域和赤道中太平洋为异常辐散区，不利于冬季净降水；夏季异常水汽输送分别来自热带中西太平洋广阔洋面和西北太平洋异常反气旋式环流西南侧，东亚大陆大部分地区为水汽异常辐合区，夏季净降水量增加，对应东亚夏季风增强。两个时期外强迫驱动下的经向温度梯度、海陆热力对比和大气含水量变化是上述冬、夏季东亚水汽输送异常的主因。

第四纪北半球冰盖发育与东亚气候的遥相关1009-1016

摘要：新生代东亚气候演化和北半球冰盖演化具有很好的耦合性。这种耦合性在气候学上可以被称为遥相关。一般认为，北半球冰盖的消长通过影响西伯利亚高压来改变东亚气候。第四纪冰期，北半球冰盖的增长，可以加强西伯利亚高压，从而增强东亚冬季风和加剧亚洲内陆干旱程度；反之，间冰期北半球冰盖的消退，可以减弱西伯利亚高压，并加强东亚夏季风。本文利用通用大气模式CAM4，开展理想试验，模拟了北半球冰盖对东亚气候的影响。模拟结果证实，冰期北半球冰盖消长与东亚地区气候变化存在遥相关，很好地支持了地质记录所反映的东亚气候与冰盖演化之间的耦合性。第四纪冰期，北半球气候变冷和冰盖发育，可以加剧我国北方的干旱程度。北半球北美-欧亚冰盖的发育，尤其是冬季，通过影响北半球的槽脊系统，在北美-欧亚冰盖南侧形成一个气旋式环流异常，这对加强我国西北内陆和黄土高原区西风或西北风至关重要。然而我们的模拟并不支持北美-欧亚冰盖通过加强西伯利亚高压来影响东亚冬季大气环流这一传统认识，第四纪北半球冰盖发育与东亚气候的遥相关可能比我们原有的认识复杂。

柴达木盆地晚中新世河湖相沉积物粒度组成及其古环境意义1017-1026

摘要：本文应用沉积物粒度端元分析模型对柴达木盆地怀头他拉剖面开放湖相沉积物进行分离，得到4个具有现实环境意义的端元组分，分别代表4种动力过程。端元1为河流沉积，端元2、3都为湖相沉积，端元4为三角洲沉积。这些成分含量在晚中新世的变化趋势不明显但变化幅度相对较大，表明柴达木盆地这套地层记录了沉积环境或气候的快速变化。尽管怀头他拉粒度变化趋势总体不明显，然而平均粒径在约8．3～7．0Ma期间有所降低，指示当时亚洲季风可能发生了增强，导致柴达木古湖面积扩大，到达研究站点沉积物的粒度变细。东亚和南亚地区古气候数据合成支持这一推论，由此我们推断亚洲大陆在约8．3～7．0Ma期间气候相对较湿润，是青藏高原隆升的一个直接反应；而7Ma以后气候变干可能反映了大气CO2含量下降的驱动。轨道尺度研究表明柴达木盆地气候在约8．3～7．1Ma期间发生了较大幅度的变化，支持青藏高原隆升是气候变化放大器的观点。

末次冰盛期以来洱海沉积物元素碳同位素特征与区域植被组成变化1027-1036

摘要：末次冰盛期以来陆地植被中C3／C4植物相对丰度的时空变化特征及其驱动机制是当前古生态研究的重要内容。然而在我国南方地区，C3／C4植物相对丰度记录较少，尤其是缺乏高分辨率的古生态记录，C3／C4植物相对丰度变化最主要的驱动因素是气候因素还是大气CO2浓度还存在争议。本研究通过对云南洱海钻孔沉积物中元素碳同位素（δ13CEC）的分析，探讨了末次冰盛期以来云南洱海地区C3／C4植物相对丰度与古环境变化的联系。结果表明，末次冰盛期洱海地区陆地植被为C3／C4植物混合类型，C4植物比较丰富；在14．7cal．kaB．P．时期C4植物相对丰度开始显著减少，在早全新世降到最低，而晚全新世C4植物有所扩张，但仍以C3植物为主导。洱海沉积物的δ13CEC反映的区域植被变化与低纬地区其他海洋、湖泊沉积物记录的C3／C4植物相对丰度变化基本一致，表明低纬地区末次冰期C4植物相对较多。此外，云南洱海地区的C4植物在15．7cal．kaB．P．、12．0cal．kaB．P．、8．0cal．kaB．P．以及5．Ocal．kaB．P．前后呈现出显著的扩张，这些变化与西南夏季风干年尺度的快速减弱事件密切相关，表明夏季风降水是云南洱海地区C3／C4植物演化的主要驱动因素。

中国东部黄土物源铀同位素碎粒年代学研究1037-1044

摘要：细粒物质的234U／238U比值记录了颗粒自破碎以来经历的时间，具有示踪地表过程的巨大潜力。本研究应用铀同位素碎粒年龄学解析中国东部黄土堆积的物源。中国东部黄土的初始。234U／238U比值低于黄土高原黄土，指示出不同的物质来源。中国东部黄土物源具有很强的近源性，显示出明显区域特征。山东半岛及其滨海黄土主要来自黄泛平原和冰期暴露陆架的黄河沉积物。黄河沿岸黄土可能直接来自黄河河漫滩。下蜀黄土可能来自冰期阶段的长江沉积物。

石羊河流域冰冻圈融水对出山径流的贡献及影响1045-1054

摘要：气候变暖背景下，随着冰冻圈的持续萎缩，冰冻圈融水已成为寒区径流的重要组成部分和寒区水文过程的关键影响因子。以石羊河流域为研究区，2013年7月-2014年6月在系统采集大气降水、河水、泉水、井水、水库水、渠系水、冻土活动层地下水和冰雪融水样品基础上，应用稳定同位素示踪技术，定量评估了石羊河流域冰雪融水和冻土活动层地下水对出山径流的贡献量，结果表明：流域内大气降水、冻土活动层地下水和冰雪融水充分混合后以地下水的形式补给径流，大气降水、冻土活动层地下水和冰雪融水对出山径流的补给率分别为77％、20％和3％。依据多年冻土下界将山区分为冰雪冻土带和植被带，分析证实冰雪冻土带输出水量贡献了出山径流的82％，而植被带贡献了18％。流域出山口径流的补给带为海拔3300m以上，中游浅层地下水的补给带为海拔3700m以上。冰雪融水和冻土活动层地下水对7条支流出山径流的贡献率因自然地理状况而明显差异，东大河、西营河和金塔河降水对出山径流的贡献率分别为72％、78％和87％，相应的冻土活动层地下水贡献率为21％、17％和12％，冰雪融水为7％、5％和1％。降水对西大河、黄羊河、古浪河和大靖河出山径流贡献率分别为84％、91％、76％和73％，冻土活动层地下水对出山径流的贡献率依次为16％、9％、24％和27％。研究确认冻土活动层地下水已成为内陆河流域径流的重要组成部分，未来亟须进一步加强冻土活动层地下水水文机制的研究。

南海北部滨珊瑚硼同位素气候环境指示意义再研究1055-1063

摘要：珊瑚碳酸盐硼同位素（δ11B）是古海洋中非常重要、具有特殊环境指示意义的地球化学指标。利用δ11B重建古海水pH值，极大地推动了对海洋酸化历史以及海洋生物适应酸化潜力的认识。然而最近的研究表明，自然环境下生长的珊瑚具有非常强的调控钙化流体pH的能力，甚至有可能超过外部海水pH的影响，为δ11B—pH指标研究带来了极大的挑战。因此，需要对珊瑚钙化流体δ11B-pH气候环境指示意义重新进行分析、挖掘和再解释。本文利用前人测量的南海北部滨珊瑚（Porites）长时间尺度的钙化流体δ11B—pH记录，根据大气二氧化碳、海水温度、海水溶解无机碳含量和总碱度记录对δ11B-pH进行了重构。结果显示冬季风能够影响珊瑚礁海水pH值和珊瑚内部钙化环境，是控制南海北部珊瑚钙化流体pH值变化的主导因素。对于珊瑚礁周围的海水，冬季风通过影响珊瑚礁生态系统的钙化作用、光合作用以及水体交换来控制海水pH值；对珊瑚内部钙化流体，冬季风通过影响温度，从而影响珊瑚呼吸作用来调控钙化流体溶解无机碳含量，最终影响流体pH值。虽然目前利用珊瑚δ11B—pH精确地定量重建外部海水pH存在着挑战和不确定性，但是在南海北部这个冬季风敏感海区，珊瑚δ11B—pH可以作为冬季风强度变化的潜在新指标。

器测和树轮资料对厄尔尼诺-南方涛动指数的响应特征1064-1076

摘要：厄尔尼诺-南方涛动是影响全球年际（1～10年）气候变化最显著的海气因子，是现代气候和古气候的热点研究对象。目前有多个指数能够刻画厄尔尼诺-南方涛动特征与演化，树轮资料是重建其过去千年以来演化历史所使用的最为广泛的代用资料，然而系统对这些指数与器测温度、降水和树轮资料在不同时间尺度上关联的研究尚未开展。本文研究了东亚和北美的器测与树轮资料对6种厄尔尼诺-南方涛动指数的响应差异，发现器测和树轮资料对描述多气候变量耦合变化的多变量厄尔尼诺-南方涛动指数（MEI）的响应均最高。厄尔尼诺-南方涛动Modoki指数（EMI）与器测资料的相关偏低，但是该指数与树轮资料的相关偏高，这可能是由于该指数和树轮所关联的多个气候因子的协同变化相似。不同厄尔尼诺-南方涛动指数与东南亚和印度次大陆以及加拿大中西部的温度相关显著，在年际尺度上更明显；这些指数与中亚和美国西北部的降水的相关最显著，但在年际尺度上的相关提升不明显。厄尔尼诺-南方涛动指数除了与上述区域的树轮资料显著相关以外，该指数还与部分湿润地区（如喜马拉雅南麓）的树轮资料显著相关，这可能是这些湿热地区的树轮往往受到多个气候因子共同影响，而这些气候因子的协同变化与厄尔尼诺-南方涛动指数的关联显著。研究指出，进行厄尔尼诺一南方涛动指数重建时，不仅要考虑指数与树轮之间的关系，还需要详细建立树轮、区域气候因子和厄尔尼诺-南方涛动这三者之间的关联。

砗磲地球化学与古气候学研究进展1077-1090

摘要：砗磲是全球海洋中最大的双壳类，其碳酸盐壳体具有清晰的年纹层甚至日纹层，是一种理想的第四纪高分辨率研究载体。利用砗磲重建海洋古气候古环境的尝试从20世纪80年代既已开始，但是早期的进展较为缓慢，只有少量工作被报道。进入21世纪后，尤其是在最近的10年里，随着新技术新方法的使用，有关砗磲壳体地球化学特征（如δ18O、Sr／Ca、Mg／Ca等）及古气候重建的研究日趋增多。本文就砗磲的分布范围、生理特点、碳酸盐壳体的结构、地球化学特征及其在海洋古气候古环境研究中的应用进行综述，旨在对这种较为新颖的第四纪研究载体进行全面介绍，并就未来的研究进行展望。

亚洲风尘高空传输和循环研究进展：雪冰粉尘证据1091-1101

摘要：亚洲粉尘对大气系统、生物地球化学循环和雪冰消融具有重要影响。粉尘沉降在山地冰川雪冰时由于其海拔较高（位于对流层中上部），因而提供了独特的研究高空风尘传输和循环的良好介质。远距离传输的粉尘主要在高空对流层中上部进行传输，开展高海拔地区的雪冰粉尘研究可以反映风尘大范围传输和循环的大气环境信息，为历史时期气候环境演化和未来预估研究提供依据。本研究简要回顾了前人冰芯粉尘的研究工作，系统总结了本研究组近期开展的雪冰粉尘相关研究，包括：1）冰川雪坑中粉尘的时空差异证实了高空粉尘传输量（浓度和通量等）与源区大小及距离源区远近有着最为密切的关系；2）冰尘示踪同位素（87Sr／86Sr和εNd（0））和粒度反映的青藏高原粉尘传输和沉降主要来自于高原面上的地表风化物和沙漠化，而非周边塔克拉玛干等大沙漠的输入；3）冰尘研究发现粉尘传输和沉降过程中混合了大气各种组分单颗粒；4）冰冻圈消融释放的粉尘会造成雪冰加速消融以及冰川流域融水理化性质改变。本研究通过对我国西部不同区域的高海拔雪冰粉尘研究结果进行综合分析对比，以获得亚洲风尘在高海拔冰冻圈区域大范围沉降和循环的初步认识。最后提出了存在的问题和不足，并对未来雪冰粉尘研究前景进行了讨论和展望。

1901-2010年青藏高原土壤温度变化的模拟研究1102-1110

摘要：冻土变化是气候变化研究领域的热点问题之一，而土壤温度是冻土变化研究的重要参量。但目前对百年尺度土壤温度，特别是深层土壤温度变化的认识还存在不足。本研究利用CRUNCEP大气强迫资料驱动最新版本的通用陆面模式（CLM4．5）对过去百年的青藏高原土壤温度变化进行了模拟研究。利用来自气象站和野外钻孔监测站的土壤温度观测资料对模拟结果进行了验证，结果显示：1）通用陆面模式能合理地模拟出观测的青藏高原土壤温度变化，模拟和观测结果的相关系数为0．92，纳什效率系数为0．82，趋势分别为0．27℃／10年和0．28℃／10年。模拟结果明显优于再分析资料；2）1901～2010（1979～2010）年青藏高原15m土壤温度增加率为0．05（0．27）℃／10年，冬季增温高于夏季，土壤增温随深度增加而减弱、随经度增加而减小、随纬度的增加呈先增加后略减小的变化；3）青藏高原土壤温度变化主要受气温控制，1m（15m）深度土壤温度对气温变化的敏感性为0．79（0．37）℃／℃，浅层土壤温度对气候变化较深层敏感，多年冻土温度对气候变化较季节冻土敏感。这些结果从百年时间尺度上深化了对青藏高原土壤温度变化的认识。

东南极冰盖Lambert冰川流域300年来降雪记录1111-1118

摘要：利用中国第18次南极考察队内陆冰盖考察队获得的102m冰芯资料，恢复了南极洲Lambert冰川流域东侧地区300年来的降雪量／雪积累率变化情况，并使用Nye模型和D—J模型进行了较准。结果表明，1708～2001年间年降雪量平均为261．7±69．7kg／m2a，该区域的年降雪量变化可分为1863年前和之后两段，1863年前年降雪量变化较小，平均为264．8±63．4kg／m2a；之后则变化快速，可能与全球气温快速变化和Prydz湾海冰面积变化有关。另外，通过模型对比发现，南极冰盖运动对长时间序列的冰芯降水记录恢复影响较大，在LGB69102m深度处可达6．3％（D—J模型），需引起重视。