论文部分内容阅读
我国西北干旱区位于亚欧大陆中纬度干旱区的中、东部位置,是连接东西方文化和贸易交流的“丝绸之路”的重要组成部分。该区域气候主要受西风环流影响（以下简称“西风区”）,常年干旱少雨,蒸发作用强烈,生态系统脆弱,对降水和温度等气候因子的变化尤为敏感,成为研究过去气候变化和环境演化的理想场所。同时,该区域还是全球粉尘的重要源区,因而该区域的气候变化对全球地表物质循环以及海洋生物地球化学过程影响显著。自上世纪末,我国已有学者提出,受西风环流系统控制的我国西北干旱区气候配置在冰期-间冰期尺度上明显不同于受亚洲季风影响的区域。随后,多气候代用指标综合记录表明,在全新世尺度上,西风区的湿度演化模式与亚洲季风区呈明显的“错相位”关系;在更短的近千年时间尺度上,西风区的湿度演化模式与亚洲季风区更呈“反相位”关系。近几年来,更多的气候观测数据显示,完全受西风环流影响的“西风核心区”气候变化模式与整个西风区也存在差异。而西风核心区的气候变化更能反映西风环流的演化特征。受气候代用指标指示意义不明确以及测年手段等因素的限制,晚第四纪以来西风区气候变化方面的研究仍存在以下几个方面的问题,需要进一步深入探索:1、西风核心区全新世夏季降水特征究竟如何?2、全新世西风环流在空间上如何演化?3、西风区更长时间尺度上的气候与环境变化特征如何?是否也存在像全新世尺度上,西风区与亚洲季风区湿度演化呈现出的“错相位”关系?基于此,本研究选取了西风区不同类型和不同时间尺度的气候载体作为研究对象,分别为:新疆天山北麓鹿角湾全新世黄土剖面（LJW10）、青藏高原中部湖泊江错全新世湖相沉积物钻孔（JC-2014-1）和新疆博斯腾湖长钻（BST12B,底部测年超过末次间冰期）。新疆天山LJW10全新世黄土剖面采用研究组其他成员已报道过的利用高分辨率钾长石红外后红外释光（pIRIR）测年数据建立的年代框架,本文结合该区域表土有机碳同位素-夏季降水转换函数,利用剖面样品黄土有机碳同位素进行西风核心区全新世夏季降水定量重建。青藏高原江错全新世沉积物钻孔（JC-2014-1）采用前人利用全有机AMS14C定年建立的年代框架,本文测量了该钻孔沉积物高等植物叶蜡正构脂肪酸单体氢同位素,结合器测降水同位素与西风强度变化之间的现代过程分析结果,讨论了全新世以来我国西部干旱区西风环流在空间上的演化特征。新疆博斯腾湖长钻（BST12B）利用课题组已获得的利用钾长石红外后红外释光（pIRIR）测年和全有机及贝壳AMS14C测年数据建立的年代框架,运用包括粒度、色度、XRF扫描元素和烧失量等多气候代用指标综合分析,评估了末次间冰期以来博斯腾湖的湖泊演化历史以及该区域的气候变化特征。本文主要结论如下:1、新疆夏季降水的定量重建通过调查新疆天山北坡表土有机碳同位素与现代气候因子之间的关系,发现该区域表土有机碳同位素与夏季降水具有很强的线性相关关系。据此,我们建立了天山地区表土有机碳同位素-夏季降水的转换方程,并将该方程应用到位于西风核心区的新疆天山北坡的LJW10黄土剖面样品中,以此定量重建了西风核心区全新世以来夏季降水变化。具体为,早-中全新世（12-6 ka）夏季降水较少,在85 mm左右波动,整体变化幅度不大,并呈略微增加的趋势。自中全新世以来,夏季降水快速持续增加,晚全新世降水量最大,降水量可达137 mm。这与受印度季风影响区域的降水记录呈“反相位”关系。西风核心区中全新世以来夏季降水持续增加主要与受北半球夏季太阳辐射变化驱动的CGT（circumglobal teleconnection,纬向遥相关）由正相位转向负相位有关,同时中全新世以来AO和NAO（AO,Arctic Oscillation,北极涛动;NAO,North Atlantic Oscillation,北大西洋涛动）由正相位转向负相位也增加了输向西风区的水汽,使得西风区夏季降水增加。2、全新世西风环流在空间上的演化对比根据器测资料计算得到的夏季西风指数与受西风环流影响的夏季降水同位素之间的关系,发现西风强度越强（弱）,西风区夏季降水同位素越偏负（偏正）。同时,依据位于西风区的青藏高原中部湖泊江错全新世湖泊沉积物叶蜡正构脂肪酸单体氢同位素结果,发现在青藏高原中部地区,反映夏季降水同位素组成的湖泊叶蜡单体氢同位素值自中全新世（6 ka）以来持续偏负。通过利用TRACE21气候模型对全新世以来西风强度的变化进行模拟,发现西风强度自中全新世以来急剧增强,西风环流的南边界向南逐次扩张。综合分析以上结果,我们认为自中全新世以来,夏季西风强度逐渐增强,使得西风核心区来自西风水汽的夏季降水量持续增加,同时,伴随着这种西风强度的增加,西风带也整体向南扩张,造成了青藏高原中部地区夏季降水氢同位素自中全新世以来持续偏负。3、末次间冰期以来西风区湖泊演化历史和气候变化特征利用GDGTs指标粗分辨率的重建了博斯腾湖地区末次间冰期以来的温度变化。同时利用粒度、XRF扫描元素、色度和烧失量等多指标综合分析博斯腾湖末次间冰期以来湖泊演化历史,发现在末次间冰期前后,有3次相对高湖泊水位的时期,分别发生在125.7-114.7 ka、98.7-95.1 ka和77.9-66.8 ka。这3次高湖面发生的时间与同处于西风核心区的新疆坎苏黄土剖面末次间冰期3次较强的成壤时期相对应。且这3次高湖面发生的时间都处于间冰阶向冰阶转换的时期,与北半球65°夏季太阳辐射和亚洲季风区石笋氧同位素记录呈明显的“错相位”关系。据此推断,在更长时间尺度上的末次间冰期,同样也存在这种西风区与季风区湿度变化呈“错相位”的“西风模式”。我们推测,这种全新世和末次间冰期的“西风模态”主要是受NAO（北大西洋涛动）和CGT（纬向遥相关）的相位变化驱动。另外,我们还发现博斯腾湖在末次冰盛期（LGM）前后水位波动剧烈,呈季节性积水或短期浅水状态,虽然较中全新世以来的稳定湖相水位低的多,但是,LGM前后整体气候较66-25 ka期间湖泊完全干涸状态湿润。因而,西风区LGM的气候也与亚洲季风区气候变化特征存在明显的差异。