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青藏高原在全球气候系统中具有重要作用,研究青藏高原地区近千年气候变化有助于理解区域及全球尺度的气候演化过程;同时,由于大面积冰冻圈(冰川-积雪-冻土)的存在,研究青藏高原地区近千年的气候变化对预测未来气候情景下其冰冻圈变化及其对我国西北干旱区水资源与生态环境安全的影响具有重要科学意义。青藏高原地区主要受西风带气候与亚洲季风气候的共同影响,基于反映历史时期气候与环境变化的各种代用资料(如,树轮、石笋、冰芯、湖泊沉积、文献记载等),国内外诸多学者已就青藏高原地区近千年气候变化的基本格局及区域特征等方面展开了大量工作。然总体而言,由于青藏高原地区记录近千年气候变迁的高分辨率代用资料较为稀缺且分布极不均匀,这也就限制了对青藏高原地区近千年气候变化特征的全面认识。鉴于此,本论文主要通过收集近年来获得的反映青藏高原地区近千年气候变化的高分辨率代用资料(主要为树轮、石笋、冰芯),利用综合对比分析和经验正交函数(EOF)等数学统计方法,以期能够在青藏高原地区近千年气候变化的基本格局与区域特征问题上的认识有所深化。
本论文中,共收集到反映青藏高原地区近千年温度变化的高分辨率代用资料15条。基于上述15条资料的11滑动平均序列:首先,本文尝试以综合比例法(composite-plus-scaling,CPS)综合重建了青藏高原地区近千年气候变化的基本格局;其次,通过对上述15条序列进行经验正交函数(EOF)分析,以期对青藏高原地区近千年气候变化典型特征(中世纪暖期‘MWP’、小冰期‘LIA’及20世纪暖期等)的区域差异有进一步的认识。以特征值＞1及因子载荷＞0.6来判断,上述15条序列的EOF分析结果可提取六个主分量:第一主分量(PCl)主要包括青海乌兰及都兰3条树轮年表序列,可能反映了高原东北部的气候变化特征;第二主分量(PC2)主要包括天山南部(吉尔吉斯斯坦境内)与喀喇昆仑山西北部(巴基斯坦境内)3条树轮年表序列,可能反映了喀喇昆仑地区的气候变化特征;第三主分量(PC3)主要包括达索普冰芯δ18O记录及东绒布冰芯δD记录2条同位素序列,可能反映了高原南部的气候变化特征(如,季风环流强度信号等);第四主分量(PC4)主要包括古里雅冰芯δ18O记录1条序列,可能反映了高原西部的气候变化特征;第五主分量(PC5)主要包括普若岗日冰芯δ18O记录1条序列,可能反映了高原中北部地区的气候变化特征;第六主分量(PC6)主要包括西藏昌都树轮年表1条序列,可能反映了高原中东部地区的气候变化特征。
综合重建序列表明,青藏高原地区中世纪暖期(MWP)约持续到1300s前后,小冰期(LIA)约发生于1450s-1870s,此后温度在波动中逐渐升高。这一基本格局与以数十年分辨率代用资料重建的青藏高原近两千年温度变化序列基本一致;同时,也与世纪尺度上的太阳活动变化(deVries“德弗里斯周期”,约200年)相吻合。对比还发现,本论文重建的序列中MWP温暖程度与北半球及我国中东部地区的重建结果基本相似,也与20世纪前半页的幅度可比;重建序列还显示青藏高原地区LIA相对寒冷的气候特征并没有我国中东部地区那么显著(如,17及19世纪);另外,对20世纪以来的全球气候变暖,重建序列不仅反映了温度的升高趋势,也记录了1970s北半球的突然降温事件。
EOF分析结果揭示了青藏高原东北部、喀喇昆仑地区、高原南部、高原西部、高原中北部及高原中东部等6个子区域在过去近千年气候变化过程中典型特征(MWP、LIA及20世纪暖期)上的异同性:MWP在高原东北部、北部及喀喇昆仑地区约持续到12世纪初,而在高原南部约至1450s;LIA的寒冷气候特征在青藏高原的起止年代较为统一,约为1450s-1870s;LIA期间的冷波动在高原东北部及西部地区约为1450s-1520s、1650s-1750s、1780-1850s等3个时期,在喀喇昆仑地区约为1450s-1650s、1740s-1780s、1820s-1850s等3个阶段(其中约1650s-1740s为温暖气候,且这一特征在高原北部冰芯δ18O序列中也有相关记录,但该时段对应于Maunder太阳活动极小期),而高原南部现有代用资料中并未明显记录上述冷波动事件;在近百年来全球升温的背景下,高原南部一些树轮年表则显示近百年的夏季温度存在一定下降趋势,通过高分辨率代用资料研究历史时期不同季节(冬、夏季)温度变化的一致性将有助于全面理解全球气候变暖的史实。
最后,需要指出的是,当前在青藏高原近千年气候变化综合集成研究中亟待解决的科学问题主要包括:1)更多气候指示明确的高分辨率气候变化单点重建序列,2)新的古气候综合集成研究方法等。同时,研究气候相对较暖的条件下热带大洋地区的区域水文循环变化(如,MWP期间的“印-太”暖池)对亚洲季风系统的影响或许有助于提高对当前全球气候变化集成研究的认识。