亚洲季风的多尺度变化规律及其与全球气候变化的关系

在科技部"973"计划和国家自然科学基金委的资助下,西安交通大学全球环境变化研究院程海教授带领研究团队利用中国、印度、乌兹别克斯坦等地的洞穴石笋,重建了目前全球最长的,有绝对年代控制的高分辨率亚洲季风和中亚核心区气候变化的石笋记录,深入研究了不同时间尺度上亚洲季风的变化规律、影响机制及其与全球气候变化的关系。直接验证了10万年的冰期循环是4—5个岁差周期的平均,发现了高低纬气候系统之间的"简洁"关系,进一步证实亚洲季风与太阳辐射变化在岁差尺度上没有显著的相位差,揭示了亚洲季风与西风带气候模态之间的耦合分异,研究了历史时期百到十年尺度的季风降水变化并尝试预估未来变化趋势。以上成果为全球气候变化研究提供了重要标尺,加强了对于气候系统相互作用、强迫因子及其响应机制的理解,为全球气候事件研究和模拟工作提供了重要的新线索,也为相关政府部门制定水资源的长期规划提供了科学依据。     

全球季风动力学与气候变化

本文结合现代季风和古季风研究成果对全球季风进行了一个全面回顾,并引入了一个全球季风的新定义,该定义考虑了三维分布、终极成因,强调了季节性气压梯度变化对季风环流的影响,并同时使用了环流与降水来描述季风强度。我们在从构造到季节内的宽广时间尺度上来考察全球季风气候变化。全球季风的性质包括全球不均一性、区域差异性、季节性、准周期性、不规则性、不稳定性和穿时性。对全球季风动力学来说,太阳辐射、地球轨道参数、下垫面性质和海-陆-气相互作用十分重要。本文还讨论了季风变率在不同时间尺度上的主要驱动因子以及多时间尺度之间的动力学关系。自然过程与人类活动影响对我们理解未来全球季风行为都非常重要。     

末次冰期以来青州黄土光释光测年及其对古气候的指示

黄河下游湿润-半湿润地区的鲁中黄土-古土壤沉积,是记录东亚季风气候变化的良好载体。山东青州邵庄黄土剖面粗颗粒石英（63—90 µm）光释光年代和磁化率、粒度、色度以及主量元素测试结果表明：（1）邵庄黄土末次冰期以来（(51.3±2.5)— (8.1±1.1) ka）沉积连续;（2）与粒度、磁化率和色度指标相比,化学蚀变指数能够更灵敏地反映冰期-间冰期沉积旋回;（3）粒度结果表明“古土壤”层中值粒径（16.9—24.6 μm）明显高于下伏黄土层中值粒径（11.8—22.7 μm）,主要是因为近源沉积在总的沉积通量中所占比例在冰期-间冰期尺度上的变化;（4）灰黑色“古土壤”层底界年龄为(19.1±1.6) ka,明显老于黄土高原全新世古土壤层底界年代（约10—11 ka）,其既包含全新世沉积的加积型土壤,也包含下伏末次冰期黄土层基础上受风化、淋溶形成的非加积型土壤。虽然研究区的“古土壤”包含非加积型土壤,记录了间冰期风化成壤过程,但依然能够反映冰期-间冰期气候旋回,是东亚乃至全球气候变化的产物。     

亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应

由中国科学院地球环境研究所牵头申报的国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项项目"亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应"获国家科技部批准立项。本文简要介绍了该项目的立项背景、研究意义、研究目标与课题分解、研究内容以及预期成果与效益。项目以亚洲风尘从源到汇的多尺度变化为主线,旨在阐明现代与地质时期亚洲风尘排放、迁移和沉降的时空变化特征及其影响机制,特别是自然因素和人为活动对亚洲风尘释放的相对贡献。基于风尘源区的现代气象观测数据、卫星遥感和大气再分析资料,并整合中亚干旱区、黄土高原以及北太平洋地区的风尘沉积记录,开展从源区排放到近距离迁移、远程输送与沉积的全过程研究。通过数值模拟研究风尘-气候的相互作用,揭示区域和全球大气环流对亚洲风尘循环的调制作用。同时,建立不同尺度亚洲风尘循环模型和时空变化数据平台,评估亚洲风尘对区域气候变化、生态系统和人居环境的影响,为我国生态环境治理和未来风尘变化的环境效应预估提供科学依据。     

末次冰消期气候驱动机制研究——全球末次冰消期冰川~(10)Be暴露测年综述

在第四纪冰期-间冰期的旋回中,寒冷气候的回暖经历了一个长时间过程,而冰消期的时间则相对较短。原地宇宙成因核素~(10)Be可以得到冰川退缩后冰碛物的暴露年龄从而揭示冰期-间冰期演化历史。本文初步总结了末次冰消期附近以~(10)Be暴露测年获得的冰川退却年代,并据此简要讨论末次冰消期的演化过程和驱动机制,包括太阳辐射和北半球巨大冰盖在末次冰消期启动过程中的作用,及其随后崩塌的冰筏对全球海洋和大气环流模式的影响,冰盖融化、海洋上涌产生温室气体与多个正反馈共同推动了冰期的结束。     

大气环流模式CAM4对亚洲气候的高分辨率模拟

中小尺度地形不仅在区域尺度上影响降水和环流形势分布,还会影响季风、西风急流等大尺度的天气系统。新的全球模式分辨率得到明显提高,本研究通过对比分析CAM4高分辨率配置下的模拟结果与高分辨率APHRO降水和ERA-Interim再分析资料,评估高分辨率CAM4对亚洲地区气候系统的模拟性能。结果表明,该模式不仅对亚洲季风-干旱气候系统的大尺度分布特征有良好的模拟能力,还能很好地模拟出季风区和内陆干旱半干旱区年均和季节平均降水的高、低值中心以及水平风场、地表温度和海平面气压的区域差异性特征,尤其是山脉地形附近的降水极值和风场变化。此外,CAM4与气象资料间在不同空间尺度上的空间相关性均很好,其中地表温度的相关系数在0.9以上,降水在亚洲地区超过0.7。     

长江源区水文气象要素变化及其与大尺度环流因子关系研究

长江源区水文气象要素变化及其归因研究一直备受全球关注,现阶段研究多侧重于水文气象要素时空变化特征分析,针对长江源区水文气象要素与大尺度环流因子相互关系的研究不足。论文利用Mann-Kendall法、去趋势波动分析法和小波分析法,探究长江源区1957—2012年水文气象要素趋势性、波动性和周期性变化规律,分析水文气象要素与大尺度环流因子的相关关系,通过研究水汽通量揭示大尺度环流因子对水文气象要素变化的驱动机制。结果表明：20世纪90年代,长江源区气候暖干化,进入21世纪后,长江源区气候暖湿化趋势明显;长江源区水文气象要素序列具有正长程相关性,长江源区气候未来会继续呈现暖湿化变化趋势。长江源区水文气象要素都存在着1~5、10~24和25~45 a三种时间尺度周期变化规律。南亚季风是影响长江源区降水量和流量较为重要的大气环流因子,南亚季风驱动下的西南方向气流是长江源区主导气流和水汽来源。     

湖南四都坪南沱组沉积特征与古气候变化耦合关系

运用现代冰川理论并结合南沱组冰碛岩研究现状,根据湖南四都坪南沱组宏观地层序列和微观构造特征,识别并总结2期冰期和2期间冰期沉积特点,认为冰碛岩前缘是沉积作用活跃地带,以重力碎屑流、浊流为特点,间冰期以深水和浅水的牵引流为特点。结合沉积作用与古气候、海平面变化特征,认为该区南沱组冰碛岩由古气候控制,海平面的起落导致形成不同的沉积类型。     

柴达木盆地气候变化的区域显著性及其成因研究

利用1961—2013 年柴达木盆地气温、降水等气象资料和高原季风、西风环流等相关大气环流及植被覆盖数据分析了柴达木盆地气候变化时空规律,揭示了其区域气候变化显著性的成因.研究表明:近53 a 来柴达木盆地气候变化呈显著增暖趋势,年平均气温气候倾向率达0.48 ℃/10 a,增幅明显高于整个青藏高原乃至全国和全球平均水平;滞后于变暖,柴达木盆地气候趋于明显变湿,其降水量和降水日数均呈增多趋势,达到95%以上信度的显著性水平;气候暖湿化具有明显的经向地带性分布规律,气候变暖显著的区域气候变湿相对不甚明显,反之亦然;在全球变化背景下,太阳辐射减小、高原季风趋于强劲、西风环流略弱和盆地植被覆盖恢复并具有明显的经向地带性变化特征,是造成柴达木盆地气候变化具有上述区域特征的气候成因.     

黄土-古土壤中蜗牛化石总数古气候意义探讨

本文通过研究黄土高原西北—东南断面上三个剖面(渭南、洛川、九州台)末次间冰期以来的蜗牛化石记录,探讨了黄土-古土壤序列中蜗牛化石个体总数可能保存的古气候信息。研究表明,黄土-古土壤中蜗牛化石总数主要受控于研究区域保存条件(温度、降水及相联系的成壤强度)和生存条件(气候环境条件是否适宜蜗牛的生存)。保存条件为黄土高原南部蜗牛化石总数的主要影响因素,而黄土高原北部主要受生存条件控制,黄土高原中部则同时受两个因素的影响。基于洛川蜗牛化石总数的变化特征指出,~400 ka前后冰期气候状况存在明显差异,400 ka前的冰期更加适宜蜗牛的生存,此后洛川地区冰期蜗牛生存的气候环境条件不断恶化。本研究为利用蜗牛化石探讨黄土高原古气候、古环境变化提供了重要参考。