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CONTANTS1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11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、黃土、深海巖芯、孢粉、古土壤和沉積巖等

2、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22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)夂?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、

3、生物地球化學(xué)循環(huán)、火山活動、宇宙射線強(qiáng)度、太陽活動和地磁場強(qiáng)度、超新星爆炸、生物活動與植被演化等。 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

4、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

5、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)，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

6、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33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

7、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)?shù)貧鉁卮嬖谡嚓P(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

8、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. 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

9、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)

10、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3.2.2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