我国内陆干旱区过去千年来湿度变化的摇蚊记录及其对比

摘要

过去千年是古气候研究中具有特殊意义的时间段，湿度变化对干旱区生态环境状况和社会经济发展具有尤为显著的影响。我国内陆干旱区缺乏年代可靠、指标意义明确的高分辨率记录，不仅制约了对过去千年干湿变化过程和规律的理解，也阻碍了对(数)百年尺度上西风影响区湿度变化与亚洲季风演变历史关系的认识。 本论文选择柴达木盆地苏干湖为主要研究点，在SG03I孔纹层年代序列提供的可靠年代框架下，利用对环境响应敏感的摇蚊指标，结合现代过程研究，高分辨率(约10年)地重建苏干湖过去千年盐度变化，进而讨论苏干湖流域过去千年湿度变化趋势和特征。在此基础上，综合前人的研究成果，重建西风影响的我国内陆干旱区以及中东亚干旱区近千年湿度演变序列。在(数)百年尺度上对西风区湿度与亚洲季风演化格局进行了对比研究，并探讨了可能的驱动机制。另外，对新疆博斯腾湖BSTC001孔岩芯进行摇蚊分析，初步重建了博斯腾湖晚全新世以来的水位波动和气候变化历史。获得了以下初步结论： 1.摇蚊记录的苏干湖过去千年有效湿度变化 (1)青藏高原摇蚊-环境因子数据库研究结果、苏干湖湖盆内部摇蚊组成格局特征、以及已有的相关属种生态学资料共同表明，苏干湖SG03I孔沉积岩芯四个摇蚊属种可以分为高咸水属种Pb和Oc，以及低咸水属种Pr和Ps，沉积序列高/低咸水属种相对丰度的变化可用于反映苏干湖水体的盐度波动。 (2)苏干湖过去千年摇蚊盐度记录与同岩芯反映有效湿度变化的其他代用指标在波动格局和变率两方面均显示出较好的一致性，与平行岩芯介形虫壳体Sr/Ca记录的水体盐度变化趋势相符，表明以摇蚊重建盐度为依据重建湖区过去千年有效湿度变化具有较高置信度。 (3)苏干湖流域近千年来有效湿度变化框架：990～1.550AD，高咸水属种占绝对优势，低咸水属种零星出现，重建水体盐度处于高值段，反映了较低的入湖水量/蒸发量之比，流域气候干旱：1550～1840 AD，低咸水属种显著增加，重建水体盐度总体为过去千年最低时段，有效湿度增加，流域气候相对湿润：1840～2000 AD，高咸水属种恢复绝对优势地位，重建水体盐度处于较高水平，流域气候再次变干。 (4)苏干湖流域近千年来典型气候事件：990～1550AD整体干旱时段内，出现1200～1230 AD间30年气候湿润，低咸水属种丰度突然升高，重建水体盐度显著降低：整体湿润的小冰期内部出现1590～1700AD间110年的相对干旱，高咸水属种优势地位有所恢复，重建水体盐度升高。区域气候记录对比显示，苏干湖摇蚊记录的年代际～百年尺度干/湿事件可能主要是局地性的气候变化，与补给流域关系密切。 (5)苏干湖流域近千年来有效湿度变率特征：相对湿润的小冰期阶段摇蚊种群组合及相应的盐度变化具有更大的变幅，并表现出明显的高频振荡，指示小冰期时段气候不稳定性增加。这种特征在我国内陆干旱区、东部季风区、以及全球许多地质记录中都有显示，可能代表了在大尺度气候背景下(例如低温)区域气候运行规律的改变。 2.西风影响的我国内陆干旱区以及中东亚干旱区过去千年湿度变化 摇蚊记录的苏干湖有效湿度变化具有较大范围代表性，与来自我国内陆干旱区不同地点、由各种代用指标重建的过去千年湿度(降水)变化序列在整体趋势上有很好的一致，以“中世纪暖期整体干旱-小冰期显著变湿-近百年来重新回复干旱气候”为主要特征。西风影响的中东亚干旱区高分辨率记录建立的过去千年湿度变化集成曲线表明，1000～1350AD研究区湿度水平低于平均值；1350～1500AD湿润程度有所增加，接近平均水平略低；1500～1850AD是显著的湿润时段：1850AD之后区域气候回复干旱状态，但自上世纪中叶起有小幅上升。 3.近千年来西风影响的中东亚干旱区湿度变化与亚洲季风演变历史对比 (1)在数百年尺度上，近千年来西风影响的中东亚干旱区湿度变化与亚洲季风演变格局存在显著差异，表现出“错位相”特征。中世纪暖期时，西风区大多数研究点记录了相对干旱的气候，尤以我国内陆干旱区最为明显；与此相对，季风区记录以强季风或者中等强度的季风为主。小冰期时，西风影响区普遍表现出整体湿润的状况：而季风区各研究点大多记录了偏弱或者中等季风强度，与西风影响区明显不同。 (2)在年代际尺度上，树轮PDSI记录和冰芯积累量记录表明，我国西风影响区和季风影响区湿度变化格局在最近两百年表现出“错位相”甚至“反位相”特征。西风区湿度自19世纪初起即持续下降，直至20世纪初开始回升，尤其从20世纪中期起升高显著：而季风区湿度则从20世纪中期开始持续下降。 4.可能的驱动机制 西风影响的中东亚干旱区小冰期气候相对湿润(降水增加)可能主要是中东亚干旱区低温减少蒸发蒸腾量，以及北半球低温和NAO偏负导致区域降水增加等因素共同作用的结果，可能最终代表了对当时较弱太阳活动(辐射)和较频繁火山活动的响应。在千百年～年代际尺度，太阳活动(辐射)是亚洲季风的重要驱动因素，太阳活动(辐射)强时，亚洲季风较强盛；太阳活动(辐射)弱时，亚洲季风衰退。西风影响的中东亚干旱区湿度(降水)与亚洲季风强度变化对外部强迫，尤其是太阳强迫的响应方式不同，是造成近千年来(数)百年尺度上西风区湿度(降水)与亚洲季风强度错位相甚至反位相变化的主要原因。 5.摇蚊记录的博斯腾湖晚全新世水位和气候变化 (1)博斯腾湖BSTC001孔岩芯摇蚊种群包含浅水型(Po、Cr、Ps、Dt)和深水型(Ch、Mi、Cc)属种，利用其相对丰度变化初步重建博斯腾湖晚全新世水位变化历史：4100～2700 cal a BP湖泊水位较低，区域气候以干旱为主。2700～190 cal a BP期间湖泊水位较高，区域气候偏湿：但在1700～990 cal a BP博斯腾湖可能经历了一次数百年尺度的水位回落和气候干旱时期。190 cal a BP以来环境状况发生较大改变，人类活动影响明显。 (2)博斯腾湖晚全新世摇蚊记录和硅藻记录在变化趋势上有很好的一致性，摇蚊记录揭示的高(低)水位阶段与硅藻记录揭示的低(高)盐度阶段相对应。博斯腾湖摇蚊记录的晚全新世气候变化框架还得到了西风影响区其他代用资料的支持，具有较好的区域代表性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节 摇蚊指标在古环境研究中的应用进展

1. 摇蚊科昆虫简介

2. 摇蚊指标在古环境研究中的应用

第二节 我国内陆干旱区过去千年湿度变化研究进展

1. 过去千年气候变化研究的重要性

2. 过去千年的大尺度温度变化

3. 我国内陆干旱区过去千年的湿度变化

第三节 选题依据和意义

第二章 区域概况、样品采集与年代序列

第一节 研究区概况

1. 柴达木盆地地貌、气候和水文概要

2. 苏干湖盆地自然地理概要

3. 苏干湖概况

第二节 样品采集与岩芯描述

1. 样品采集

2. 岩芯描述

第三节 年代序列

第三章 实验方法与数值分析

第一节 摇蚊分析方法

1. 摇蚊样品预处理和载片制作

2. 摇蚊头壳亚化石鉴定

3. 浓度计算

第二节 数值分析方法

1. 转换函数建立和应用

2. 论文中用到的其他数值分析方法

第四章 结果分析与湿度变化重建

第一节 苏干湖摇蚊属种的生态指示意义

1. 青藏高原摇蚊—环境因子数据库

2. 苏干湖表层样品

3. 小结

第二节 苏干湖摇蚊分析结果与盐度定量重建

1. SG03I孔全岩芯摇蚊提取实验结果

2. SG03I孔岩芯上部摇蚊分析结果

3. 基于摇蚊组合的苏干湖盐度定量重建结果与评价

第三节 摇蚊盐度记录与苏干湖其他代用资料的对比

1. 与同一岩芯其他代用记录对比

2. 与平行岩芯介形虫壳体盐度记录对比

3. 小结

第四节 苏干湖区域过去千年有效湿度变化与初步讨论

1. 近千年来有效湿度变化框架

2. 年代际～百年尺度典型气候事件

3. 有效湿度变率特征

第五章 区域气候记录对比与讨论

第一节 我国内陆干旱区过去千年的湿度变化

1. 内陆干旱区过去千年湿度代用资料点

2. 高分辨率记录对比

3. 低分辨率记录对比

4. 西风影响的中东亚干旱区过去千年湿度变化集成

5. 小结

第二节　近千年业中东亚干旱区与亚洲季风区湿度变化对比研究

1. 亚洲季风区过去千年的湿度(季风强度)变化

2. 近千年来中东亚干旱区与亚洲季风区湿度变化对比

第三节 可能的驱动机制

1. 西风影响的中东亚干旱区相对湿润的小冰期气候

2. 西风影响的中东亚干旱区湿度(降水)变化与亚洲季风演变历史的差异

3. 小结

第六章 摇蚊记录的新疆博斯腾湖晚全新世气候变化初步研究

第一节 研究区概况

第二节 材料与方法

第三节 结果与讨论

1. BSTC001孔岩芯摇蚊分析结果

2. 基于摇蚊的博斯腾湖晚全新世水位变化重建

3. 博斯腾湖BSTC001孔岩芯摇蚊记录和硅藻记录的对比

4. 博斯腾湖晚全新世摇蚊—气候记录的区域对比

第四节 小结

第七章 结论与展望

第一节 主要结论

1. 摇蚊记录的苏干湖过去千年有效湿度变化

2. 西风影响的我国内陆干旱区以及中东亚干旱区过去千年湿度变化

3. 近千年来西风影响的中东亚干旱区湿度变化与亚洲季风演变历史对比

4. 可能的驱动机制

5. 摇蚊记录的博斯腾湖晚全新世水位和气候变化

第二节 问题与展望

参考文献

个人简历

附录

致谢