冰芯與全球氣候.

1、冰芯與全球氣候環(huán)境研冰芯與全球氣候環(huán)境研 究究 CONTANTS 1冰芯的簡介 2冰芯中可獲取的氣候-環(huán)境信息 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候 變化中的應(yīng)用 冰芯的簡介1 1冰芯的簡介 1.1冰芯和冰芯記錄 冰芯是在冰蓋上鉆孔獲得的連續(xù)冰層。 在大氣中的物質(zhì)會(huì)隨大氣環(huán)流而抵達(dá)冰川上空，并沉降在冰雪表面，最 終形成冰芯記錄。 冰蓋和冰帽是研究古氣候和古環(huán)境變化最可靠的天然檔案館之一，從冰 川上的適當(dāng)部位鉆取冰芯加以分析，是目前重建高分辨率古氣候、古 環(huán)境的重要手段。 1冰芯的簡介 1.1冰芯和冰芯記錄 冰芯與其他可提取過去氣候環(huán)境變化信息的介質(zhì)如歷史記錄、樹木年輪 、湖泊沉積、珊瑚沉積、黃

2、土、深海巖芯、孢粉、古土壤和沉積巖等 相比，具有保真性好(低溫環(huán)境)、分辨率高(可達(dá)到年)、記錄序列長( 可達(dá)幾十萬年)和信息量大的優(yōu)點(diǎn)，從而成為地球科學(xué)家們關(guān)注的焦 點(diǎn)。 所有在大氣中循環(huán)的物質(zhì)都會(huì)隨大氣環(huán)流而輸送到冰川上空，并沉降在 冰雪表面，最終形成冰芯記錄的重要組成，冰芯記錄的每一個(gè)參數(shù)都 至少載有一個(gè)地球系統(tǒng)變化過程的信息。從冰芯中，科學(xué)家可以提取 物理、化學(xué)、生物等信息，而這些信息可以真實(shí)再現(xiàn)成冰時(shí)的環(huán)境特 征。 1冰芯的簡介 1.2冰芯的獲取 冰芯中可獲取的氣候-環(huán)境信息2 2冰芯中可獲取的氣候-環(huán)境信息 2.1冰芯研究可獲取的氣候-環(huán)境信息 目前人們可以從冰芯中提取的過去主要?dú)?/p>

3、候-環(huán)境信息包括： 氣溫、降水、大氣成分及其含量變化、大氣氣溶膠、生物地球化學(xué)循環(huán) 、火山活動(dòng)、宇宙射線強(qiáng)度、太陽活動(dòng)和地磁場強(qiáng)度、超新星爆炸、 生物活動(dòng)與植被演化等。 2冰芯中可獲取的氣候-環(huán)境信息 2.2代用指標(biāo)與氣候-環(huán)境要素 冰芯是古氣候研究中的一種重 要信息載體，但其本身并不 直接反映氣候環(huán)境，而首先 要通過對冰芯中隱含的各類 代用指標(biāo)的破譯，與過去的 氣候環(huán)境要素變化建立起聯(lián) 系。 冰芯記錄中包含的氣候環(huán)境變化指標(biāo) 2冰芯中可獲取的氣候環(huán)境信息 2.2代用指標(biāo)與氣候-環(huán)境要素 冰芯中記錄的18O可以反映溫度變化，冰雪累積量可以作為降水指標(biāo);塵 埃含量、化學(xué)元素等，可以反映當(dāng)時(shí)的大氣

4、環(huán)境等。目前常用的代用 指標(biāo)，以及與之相關(guān)的氣候和環(huán)境要素，主要有以下幾類： 氧同位素與溫度 冰芯積累量與降水 大氣氣溶膠與古環(huán)境 微量元素與環(huán)境變化 冰芯包裹體與古環(huán)境 2冰芯中可獲取的氣候環(huán)境信息 2.2代用指標(biāo)與氣候-環(huán)境要素 2.2.1氧同位素與溫度 在對南北極冰芯的研究中，氧同位素長期被用來作為溫度變化的替代指標(biāo);經(jīng) 過對青藏高原地區(qū)冰芯的研究，學(xué)者普遍認(rèn)為這一關(guān)系在中低緯度的青藏 高原也同樣成立。 大氣中的水汽從根本上說來自于海洋。而當(dāng)水汽從海面上蒸發(fā)時(shí)，重分子水 不易蒸發(fā)，因而造成海洋上空水汽中的重分子含量相對于海洋水為少，其 減少量與溫度有關(guān)。當(dāng)大洋上空水汽隨氣流向內(nèi)陸上空移動(dòng)

5、并產(chǎn)生降水時(shí) ，重分子水先凝結(jié)，因而越向內(nèi)陸地區(qū)，大氣降水中的氫、氧同位素比率 逐漸降低。在中低緯度沿海地區(qū)，降水中的氫、氧同位素比率主要與降水 量有關(guān)。在極地及大陸內(nèi)部地區(qū)某一具體地點(diǎn)，一般來說不同季節(jié)、不同 時(shí)期降水中氫、氧同位素比率的大小變化，主要與降水時(shí)的氣溫密切相關(guān) 。 2冰芯中可獲取的氣候環(huán)境信息 2.2代用指標(biāo)與氣候-環(huán)境要素 2.2.2冰芯積累量與降水 冰芯研究中，作為降水指標(biāo)的是冰川凈積累速率。該信息的提取范圍 主要限于冰芯上部可以進(jìn)行年層劃分的時(shí)段。極地地區(qū)凈積累速率記 錄可達(dá)14500多年。冰芯中年層的劃分主要依據(jù)氧同位素比率、化學(xué)成 份、微粒等的季節(jié)變化特征來確定。同時(shí)

6、，還要依據(jù)冰體的流變性質(zhì) ，對所取得的不同深度的年層厚度加以恢復(fù)，以獲得其在冰面時(shí)的凈 積累速率。 2冰芯中可獲取的氣候環(huán)境信息 2.2代用指標(biāo)與氣候-環(huán)境要素 2.2.3大氣氣溶膠與古環(huán)境 大氣氣溶膠通過干、濕兩種沉積機(jī)制沉積在冰川表面，隨著時(shí)間的 推移，便記錄在冰層之內(nèi)。冰川(冰蓋)的低溫環(huán)境，為環(huán)境信息貯存 創(chuàng)造了良好條件，因此氣溶膠在沉積之后的次生變化極為微弱。通過 分析測試冰芯中的化學(xué)成份及微粒含量，不但可以揭示過去大氣氣溶 膠的變化歷史，還可以反映地球沙漠演化及大氣環(huán)流強(qiáng)度的變化。 經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣 候變化中的應(yīng)用 3 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)

7、用 3.1資料與方法 前文已經(jīng)提到，氧同位素長期被用來作為溫度變化的替代指標(biāo)，利 用青藏高原北部的古里雅冰芯、唐古拉冰芯和南部的達(dá)索普冰芯、寧金 崗桑冰芯記錄，結(jié)合青藏高原西北緣的吉爾吉斯斯坦的Naryn氣象站和 北半球氣象記錄，進(jìn)行對比研究，探討過去百年來青藏高原冷暖變化的 特征。 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.1資料與方法 冰芯中18O記錄恢復(fù)溫度變化的主要依據(jù)是，降水中的18O是降水時(shí) 水汽凝結(jié)高度氣溫的函數(shù)。由于水汽凝結(jié)高度氣溫與近地面氣溫有密切 關(guān)系，因此，降水中的18O也就成為研究地面氣溫變化的指標(biāo)。已有研 究表明，極地冰芯和中低緯度山地冰芯中的18O都與當(dāng)

8、地氣溫存在正相 關(guān)關(guān)系，近年來青藏高原降水中18O的研究也進(jìn)一步證實(shí)了這種關(guān)系。 青藏高原古里雅冰芯、唐古拉冰芯、達(dá)索普冰芯和寧金崗桑冰芯以及 Naryn氣象站分布 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.1資料與方法 以青藏高原上古 里雅、唐古拉、 達(dá)索普和寧金崗 桑4根冰芯為研 究對象，以18O 年平均值作為溫 度 指 標(biāo) ， 建 立 1900一2000年的 溫度變化序列。 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.2結(jié)果分析 3.2.1反映青藏高原過去百年來溫度變化的冰芯18O記錄 古里雅冰芯和唐古拉冰芯過去100a來的18O平均值為-13. 80 和-13.

9、05 ;南部達(dá)索普冰芯和寧金崗桑冰芯過去100a來的18O平均值為-18. 23 和-17.2 。北部兩根冰芯過去100a來的18O平均值十分接近，相差極 小，南部兩根冰芯過去100a來18O平均值也比較接近，這和青藏高原北 部主要受西風(fēng)環(huán)流影響、南部主要受印度季風(fēng)影響密切相關(guān)。從年際變 化看，很難找出兩個(gè)完全相同的記錄，說明不同地區(qū)短期氣候變化差異 較大，這也正是現(xiàn)代氣象臺(tái)站記錄的基本特征，氣候變化在不同地區(qū)也 有差異。 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.2結(jié)果分析 3.2.1反映青藏高原過去百年來溫度變化的冰芯18O記錄 按線性趨勢計(jì)算，古里雅、唐古拉和達(dá)索普3根冰芯的

10、18O記錄在過 去100a來分別增加了3 . 1 , 2. 4和1.2 ，而寧金崗桑冰芯則降低了- 0. 98 。 除了寧金崗桑冰芯變暖趨勢不明顯外，不管是北部的古里雅冰芯和 唐古拉冰芯，還是南部的達(dá)索普冰芯，都反映出有總體變暖的特征，同 時(shí)也都反映出1910年左右發(fā)生的過去100a來最強(qiáng)烈的變冷。1990年代的 快速增暖趨勢在所有冰芯記錄中也十分明顯。其他冷暖事件在不同的記 錄中存在差異，需要進(jìn)一步的分析確認(rèn)。 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.2結(jié)果分析 3.2.2冰芯18O記錄與氣象資料的對比 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.2結(jié)果分析 3.2.

11、2冰芯18O記錄與氣象資料的對比 從上圖可以看出，Naryn站與北半球都顯示了明顯的變暖趨勢， Naryn站和北半球近100a氣溫變化具有很高的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0.39。其中，在北半球1910年左右、1920年左右、1950年代的變冷和 1970年左右的短期變冷或變冷暫時(shí)終止等特征在Naryn站記錄中也都十 分明顯。這與冰芯18O記錄所顯示的結(jié)果基本一致。 3經(jīng)典案例冰芯在研究青藏高原冷暖氣候變化中的應(yīng)用 3.3結(jié)論 綜上所述，青藏高原冰芯18O記錄和氣象觀測資料記錄反映青藏高原在 過去百年來氣候變化具有如下特征: (1)青藏高原冰芯18O記錄和氣象觀測資料都反映了整個(gè)青藏高原的氣候 在過去100a來表現(xiàn)出明顯的變暖趨勢，與北半球近百年氣候變化趨勢相似。 (2)青藏高原冰芯18O記