末次冰期旋回气候高度不稳定性研究

摘要

气候变化研究一直是近十几年来地学界研究的重点和热点之一。距现代全新世间冰期最近的间冰期——末次间冰期由于其记录承载体较丰富、分辨率较高、相互之间可比性较强，因此使其成为理解目前全新世间冰期气候自然变化的最佳选择对象。紧随末次间冰期之后的末次冰期，其环境格局与末次间冰期大相径庭。虽然当今的温室效应使全球平均气温居高不下，但是对末次冰期环境进行详细研究，这对于目前人类来说意义仍然重大。因此，末次冰期旋回以来的气候变化研究也就成为研究的重中之重。 中国的黄土研究在20世纪90年代前后曾经一度辉煌，取得了令人瞩目的成果，当时的黄土沉积成为可以与冰芯、深海记录相媲美的陆相沉积。但是，由于大多数黄土剖面其沉积速率较低、分辨率不高，从而限制了研究的进一步深入。就末次冰期旋回而言，黄土记录中还存在较大的差异，特别是末次间冰期内差异更大。这些差异是黄土地层所承载气候信息本身的差异，还是由载体后天的变异所引起的?这需要一些比较可靠的、新的剖面来加以验证。然而，黄土高原中部大多数剖面由于沉积速率较低(特别是S1地层)，加上后期强烈的成壤作用和淋溶作用可能影响其气候记录。大多数黄土地层由于其所固有的缺陷，限制了对其研究的进一步深入。幸运的是，在中国的一些特殊地理区域，的确存在末次间冰期的一些厚层黄土剖面，其沉积速率与分辨率都特别高。本论文所着重研究的、分别位于六盘山东西两侧的河南三门峡王官剖面与甘肃武威沙沟剖面，仅就S1而言，东西两剖面中其厚度分别为12.5米、11.6米，其末次间冰期时段的沉积速率分别高达23cm/ka、21cm/ka。对此类黄土剖面的进一步发掘、研究将有助于探讨东亚季风区气候变化的一些细节与机制问题。 通过对王官剖面与沙沟剖面的对比研究，发现此两剖面的S1地层包括5个古土壤层与4个黄土层，并且它们在形成时间上彼此对应较好，指示了末次间冰期所发生的5次强夏季风事件和4次强粉尘堆积事件。说明在末次间冰期无论是东亚冬季风还是东亚夏季风在此两地都存在多次波动反复，同时也暗示东亚季风在末次间冰期很有可能存在较大不稳定性，远非以前所认为的“三峰两谷”的模式。从代用指标的变化幅度上来看，在末次间冰期，东亚冬季风变化幅度远小于夏季风变化幅度，并且冬、夏季风分别对东亚季风区的西部和东部施加了更多影响。研究发现，无论是从两剖面的地层上还是从各代用指标曲线上，都明确指示MIS5a、MIS 5c亚阶段表现为两暖事件夹一冷事件的模式，指示同期的气候具有很大不稳定性；而MIS 5e亚阶段仅表现为一单一的暖事件，进一步佐证该亚阶段(Eemian间冰期)气候是较为稳定的。进一步的研究发现，5次强夏季风事件和4次强冬季风事件与东亚季风区内的其它记录以及东亚季风区以外的记录(尤其是NGRIP冰芯记录、北大西洋地区的记录)可比性较强，暗示在末次间冰期，东亚季风气候仍可通过西风带及相关气压系统与极地、北大西洋气候系统呈现显著遥相关。我们初步推测，末次间冰期热带海洋地区夏季风的不稳定性信号可能经由海洋传送带影响到北大西洋地区的气候，并且这种不稳定性信号在北大西洋地区被放大。东亚季风区一方面要接收(经由夏季风)来自热带海洋地区所传递来的末次间冰期不稳定性信息，另一方面(尤其是东亚季风区的西部边缘地区)还要受到(通过西风带)来自北半球高纬地区的影响。 我们的两黄土剖面都捕捉到了发生于末次冰期的最先由北大西洋地区所揭示的20个DO暖事件与6个Heinrich冷事件，并且它们在时间上与GRIP冰芯中的结果较为一致，进一步佐证了末次冰期发生于北大西洋地区的快速气候波动事件同样存在于中国的黄土记录中。但是，西面的沙沟剖面对这些亚轨道时间尺度上的快速气候波动的反应要比东面的王官剖面敏感，即其波动幅度要大一些。结合其它高分辨率的黄土剖面研究结果，我们发现：北大西洋地区末次冰期所发生的快速气候波动事件的幅度在中国黄土记录中自西向东逐渐减小，推测这主要是由西风与东亚夏季风的共同作用所造成的。 在末次间冰期—冰期转换时期，我们的两研究剖面都同时捕捉到了发生于70.5 ka～73.6ka的一暖性回返事件。结合其它地区的研究，我们认为，该事件很可能是一次发生于气候转型期全球普遍存在的暖性突变事件。另外，两黄土剖面还记录到了发生于末次冰消期的Younger Dryas与Heinrich 1冷事件及Bolling与Allerod暖事件，黄土记录所指示的这些事件特别是冷事件的发生时间与格陵兰冰芯记录的结果相一致。说明末次冰消期内东亚季风区所发生的亚轨道时间尺度上的冷事件与北半球高纬地区的冷事件很有可能是同步的，其主控因子可能仍然是西风带，并且呈现比较明显的上、下风向区域差异。Bolling和Allerod暖事件发生期间，研究区与北半球高纬地区没有冷事件发生时联系那么紧密，相对于北半球高纬地区而言，此时热带低纬地区对研究区所施加的影响明显要大得多。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章研究区概况

第三章气候代用指标的选取及其测试分析

第一节粒度指标的意义与测试分析

第二节色度指标的意义与测试分析

第三节磁化率指标的意义与测试分析

第四节碳酸钙指标的意义与测试分析

第五节地球化学元素指标的意义与测试分析

第四章末次冰期旋回气候变化

第五章区域气候对比与讨论

第六章结论与问题

参考文献

在学期间的研究成果

图表索引

致谢