全球變化全球變化研究的主要途徑課件

第四章全球變化研究的主要途徑11/22/20221第四章全球變化研究的主要途徑11/21/20221內(nèi)容提要第一節(jié)過去全球變化的重建

1.1基本假設(shè)1.2環(huán)境屬性信息1.3空間和時(shí)間位置信息1.4重建過去全球變化的主要步驟第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

2.1觀測的主要內(nèi)容2.2觀測的技術(shù)手段第三節(jié)全球變化的模擬11/22/20222內(nèi)容提要第一節(jié)過去全球變化的重建11/21/20222第一節(jié)過去全球變化的重建？為什么要重建：由于地球系統(tǒng)中的許多過程具有很長的時(shí)間尺度，在現(xiàn)代的觀測記錄中無法觀測得到，也不可能通過實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行印證。因此，通過觀測所獲得的全球變化信息是有限的?，F(xiàn)代環(huán)境中的許多現(xiàn)象是過去不同時(shí)間、不同環(huán)境狀態(tài)下多形成的產(chǎn)物的殘留物的集合，其中的一些現(xiàn)象對(duì)現(xiàn)代環(huán)境特征起制約作用，認(rèn)識(shí)現(xiàn)代所發(fā)生的過程需要對(duì)所經(jīng)歷的歷史有必要的了解。對(duì)過去全球變化的研究可以揭示各種過程之間不斷變化著的平衡關(guān)系。11/22/20223第一節(jié)過去全球變化的重建？為什么要重建：11/21/2021.1基本假設(shè)

？怎樣重建找證據(jù)對(duì)證據(jù)進(jìn)行標(biāo)定與校核復(fù)原依據(jù)的基本假設(shè)：均一性假設(shè)協(xié)同性假設(shè)全息假設(shè)11/22/202241.1基本假設(shè)？怎樣重建11/21/202241.2環(huán)境屬性信息

根據(jù)來源和屬性的不同，過去全球變化信息可分為三種類型。觀測記錄記錄規(guī)范，精度高，但時(shí)間尺度短考古和歷史文獻(xiàn)記錄記錄欠規(guī)范，時(shí)間尺度不長，對(duì)重大事件研究意義較大古環(huán)境感應(yīng)體待用指標(biāo)豐富客觀性強(qiáng)但干擾作用大。代用資料11/22/202251.2環(huán)境屬性信息根據(jù)來源和屬性的不同，過去全球變化信

1.2環(huán)境屬性信息a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄b黃土與古土壤c孢粉和植物硅酸體d冰芯——同位素、甲烷氣等e樹木年輪——輪寬、密度、同位素等f湖芯——年代學(xué)、物理、化學(xué)、生物指標(biāo)g石筍——微層厚度、同位素、微量元素h珊瑚——微量元素、同位素等i考古和歷史文獻(xiàn)記錄11/22/202261.2環(huán)境屬性信息a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄11/檔案時(shí)間分辨率時(shí)間長度（年）可提取的環(huán)境參數(shù)樹木年輪年／季104THCaVMLS湖泊沉積年104~106TBM極地冰巖芯年105THCaBVMS中緯度冰巖芯年103THBVMS海灣沉積年105TCwL黃土10年106TCsBM海洋冰芯100年107TCsBM花粉10年105THB古土壤100年105THCsV沉積巖芯2年107HCsVML歷史紀(jì)錄天/小時(shí)103THBVMLS（根據(jù)ＨansOeschserandJohnA.Eddy,1988）T=溫度；H=濕度或雨量；C=大氣（a）、水(w)或土壤(s)的化學(xué)成分；B=生物量方面的信息；V=火山噴發(fā)；M=地磁場；S=太陽活動(dòng)主要天然環(huán)境檔案的特征11/22/20227檔案時(shí)間分辨率時(shí)間長度（年）可提取的環(huán)境參數(shù)樹木年輪年／季1a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄根據(jù)δ18O值的變化，不但可以計(jì)算出有孔蟲生存時(shí)期的溫度，而且可以對(duì)全球冰量的變化進(jìn)行推斷11/22/20228a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄根據(jù)δ18O值的變化，不但b黃土與古土壤原理：黃土和古土壤層的交互出現(xiàn)是風(fēng)塵堆積作用和成土作用兩種對(duì)立的過程彼此消長的結(jié)果。風(fēng)塵堆積作用>成土作用形成黃土層成土作用>風(fēng)塵堆積作用形成古土壤層黃土與古土壤層的交替變化是第四季冰期—間冰期環(huán)境周期變化的反應(yīng)，與深海氧同位素記錄有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。冰期間冰期11/22/20229b黃土與古土壤原理：黃土和古土壤層的交互出現(xiàn)是風(fēng)塵堆積作用和11/22/20221011/21/202210b黃土與古土壤兩大重要指標(biāo)：粒度：用來反映黃土粗細(xì)程度的指標(biāo)，粒度的大小差別反映了風(fēng)力搬運(yùn)強(qiáng)度的差別。磁化率：物質(zhì)被磁化程度難易的一種量度。磁化率值的變化與氣候變化尤其是降水量的變化有一定關(guān)系。黃土-古土壤序列中磁化率的變化被作為夏季風(fēng)變化的指標(biāo)（An,Z.S.）11/22/202211b黃土與古土壤兩大重要指標(biāo)：11/21/202211c孢粉和植物硅酸體原理：一個(gè)地區(qū)的孢粉雨的組成能夠反映所在地區(qū)的植被組成，是所在地區(qū)的植被的函數(shù)。孢粉具有耐氧化、耐高溫、耐溶解的質(zhì)地堅(jiān)硬的外壁，因此能夠在沉積地層中長期保存下來。根據(jù)孢粉的組成及其隨時(shí)間的變化，可以推斷植被在時(shí)間和空間上的演化過程及環(huán)境的變化。植物硅酸體忠實(shí)地記錄了生產(chǎn)它的植物細(xì)胞的形態(tài)11/22/202212c孢粉和植物硅酸體原理：11/21/202212d冰芯極地冰蓋和中緯度高山冰川地區(qū)，冰雪終年不化，每年積累的雪最終轉(zhuǎn)換成冰，形成一個(gè)年層。從這些地區(qū)取得的冰芯中獲得的主要記錄之一是氧同位素比率δ18O。陸地水體中水的18O/16O均小于標(biāo)準(zhǔn)大洋水中的18O/16O。蒸發(fā)和凝結(jié)作用均與溫度有關(guān)，δ18O與溫度之間存在一定的關(guān)系分析測試表明溫度每降低1℃，δ18O在格陵蘭地區(qū)降低0.70‰在南極地區(qū)降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以由冰芯中的δ18O推斷溫度變化。11/22/202213d冰芯極地冰蓋和中緯度高山冰川地區(qū)，冰雪終年不化，每年積累的d冰芯重要指標(biāo)：冰川的凈累積率可以作為降水量變化的指標(biāo)；在由雪轉(zhuǎn)換成冰的過程中包裹在冰中的氣泡里，記錄著氣泡生成時(shí)的大氣成分（CH4）；冰芯中的化學(xué)成分和微量含量，記錄了過去大氣氣溶膠的狀況，以及地球沙漠化和大氣環(huán)流強(qiáng)度的狀況等。冰芯中保存的有機(jī)物質(zhì)記錄了當(dāng)時(shí)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程冰心中的火山灰和強(qiáng)酸信號(hào)記錄了火山活動(dòng)的歷史冰心中的10Be等放射性同位素含量的變化反映了宇宙射線強(qiáng)度、太陽活動(dòng)和地磁場強(qiáng)度變化的歷史

11/22/202214d冰芯重要指標(biāo)：11/21/202214d冰芯11/22/202215d冰芯11/21/202215過去9萬年兩極冰芯氣候環(huán)境記錄對(duì)比(BlunierandBrook)11/22/202216過去9萬年兩極冰芯氣候環(huán)境記錄對(duì)比(Blunierand近10萬年來青藏高原古里雅冰芯氣候記錄與南極、北極冰芯記錄具有相似變化特征，但青藏高原冰芯記錄的氣候變化頻率和變幅比極地冰芯的大，說明青藏高原對(duì)氣候變化的敏感性更大(姚檀棟等)。

冰芯研究11/22/202217近10萬年來青藏高原古里雅冰芯氣候記錄與南極、北極冰芯記錄具e樹木年輪樹木年輪是樹木形成層周期性生長的結(jié)果。在季節(jié)差異明顯的地區(qū)，溫暖或濕潤的生長季樹木生長快，細(xì)胞大而細(xì)胞壁薄，形成較寬的淺色早材；寒冷或干燥的季節(jié)樹木生長緩慢，細(xì)胞小而細(xì)胞壁厚，形成較窄的暗色晚材；早材和晚材合起來為一個(gè)年輪。樹木年輪可提供時(shí)間分辨率為年或季的變化信息，是重建幾十到幾百年尺度全球變化的最重要的信息源之一。在樹木橫斷面上的年輪的寬度可以反映樹木生長量的狀況。每年年輪寬度的大小，與樹木的年齡、前期生長狀況和環(huán)境等多方面因素密切相關(guān)。環(huán)境變化所引起的樹木年輪寬度變化反映的是對(duì)樹木生長限制最大的環(huán)境（氣候）因子的變化基于年輪細(xì)胞的大小、壁厚和數(shù)量多少形成的木材的密度差別分析，反映較年輪寬度更為豐富的信息。年輪中碳、氫、氧同位素比值的變化可以反映環(huán)境的變化。11/22/202218e樹木年輪樹木年輪是樹木形成層周期性生長的結(jié)果。在季節(jié)差異明樹輪記錄了豐富的氣候、環(huán)境信息樹輪研究----樹輪結(jié)構(gòu)11/22/202219樹輪記錄了豐富的氣候、環(huán)境信息樹輪研究----樹輪結(jié)構(gòu)11/鋸取木盤樹輪研究----采樣11/22/202220鋸取木盤樹輪研究----采樣11/21/202220樹輪研究----定年11/22/202221樹輪研究----定年11/21/202221f湖泊沉積

湖泊是各圈層相互作用的連接點(diǎn)，其沉積物保存了豐富的物理、化學(xué)和生物變化的信息。因此，湖泊沉積作為一個(gè)重要的信息載體，在全球變化研究中有著不可替代的作用。11/22/202222f湖泊沉積湖泊是各圈層相互作用的連接點(diǎn)，其沉積物保存了流域輸入大氣輸入地下水輸入湖泊沉積記錄內(nèi)源輸入f湖泊沉積11/22/202223流域輸入大氣輸入地下水輸入湖泊沉積記錄內(nèi)源輸入f湖泊沉積11f湖泊沉積湖泊沉積連續(xù)性好、分辨率高,可以重建不同時(shí)間尺度（從百萬年到近現(xiàn)代）的古氣候環(huán)境。近現(xiàn)代的沉積物(100-102年)提取過去102-103年的沉積巖芯提取過去103-104年的沉積巖芯提取

深鉆巖芯(105-106年)提取11/22/202224f湖泊沉積湖泊沉積連續(xù)性好、分辨率高,可以重建不同時(shí)間尺PhotobyJosHill,2002PhotobyDeanMiller,2002PhotobyJosHill,2002h珊瑚研究11/22/202225PhotobyJosHill,2002Photob珊瑚研究珊瑚作為海洋環(huán)境的信息載體，具有高分辨率、記錄連續(xù)完整、體系封閉好、代用指標(biāo)多、易于定年等特點(diǎn)，有效記錄了全球環(huán)境變化的信息，分辨率可達(dá)月。主要指標(biāo)：微量元素、同位素11/22/202226珊瑚研究珊瑚作為海洋環(huán)境的信息載i考古和歷史文獻(xiàn)記錄

考古和歷史文獻(xiàn)記錄包括考古遺址、遺物和遺跡等各種考古發(fā)掘物，以及官方史書、地方志、農(nóng)書、宗教案卷、航海日志、文學(xué)作品等各種文獻(xiàn)記載。11/22/202227i考古和歷史文獻(xiàn)記錄考古和歷史文獻(xiàn)記錄包括考古遺址、遺1.3空間和時(shí)間位置信息14C年代測定古地磁測年地質(zhì)年代表11/22/2022281.3空間和時(shí)間位置信息14C年代測定11/21/2022214C年代測定自然界有3種碳：12C(98.8%)、13C(1.08%)、14C(1.2×10-10%)。前2種是穩(wěn)定同位素，14C是放射性同位素。14C是在約12~18km高空的氮（14N）受宇宙射線的熱中子流（n）轟擊，從14N中打出一個(gè)質(zhì)子（P）,使14N變成14C。14C借助β蛻變失去一個(gè)電子（e）變成14N11/22/20222914C年代測定自然界有3種碳：12C(98.8%)、13C(14C年代測定14C在高空形成后便與氧結(jié)合成14CO2,大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)使其均勻混合在大氣中，通過降水進(jìn)入江河湖海水域，并被水中的碳酸鹽介殼生物吸收；通過光合作用進(jìn)入植物體；動(dòng)物食用植物使14C進(jìn)入動(dòng)物骨骼?；畹挠袡C(jī)體中的14C與大氣中的14C保持平衡，生物死亡后并被立即埋藏，生物遺體中14C與大氣中的14C停止交換，在封閉系統(tǒng)中按指數(shù)規(guī)律衰減。式中N為樣品中現(xiàn)在14C含量，N0 為14C初始含量11/22/20223014C年代測定14C在高空形成后便與氧結(jié)合成14CO2,大氣14C年代測定Libby（1949）測定14C的半衰期為5568年，根據(jù)半衰期可以計(jì)算衰變常數(shù),根據(jù)樣品中N相對(duì)于N0減少的程度就可以測定樣品的年代。14C年代的表示方法為__kaBP,代表距今__千年以前的意思，通常以1950年為起點(diǎn)。用于14C年代測定的樣品最好是木頭、木炭、谷物、泥碳、古土壤等有機(jī)質(zhì)，無機(jī)碳樣品如貝殼，鈣結(jié)核也可用于測年，但需注意老碳可能對(duì)14C年齡的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。11/22/20223114C年代測定Libby（1949）測定14C的半衰期為5514C年代測定目前14C年代測定的方法有兩種，一種是β衰變法，利用質(zhì)譜儀測定樣品中的14C所產(chǎn)生的放射性（每分鐘每克碳衰變的次數(shù)），測定年限小于5萬年。另一種是加速質(zhì)譜儀測量法（AMS）直接測量樣品中14C原子的個(gè)數(shù)，所需樣品僅幾毫克純碳，可測量年限達(dá)10萬年。14C測年的基本假設(shè)之一是自古以來大氣中14C的含量是不變的，但這一假設(shè)不是嚴(yán)格成立的，宇宙射線強(qiáng)度的變化、太陽黑子活動(dòng)或地磁場的變化都引起大氣中14C含量的變化，這種變化勢(shì)必影響14C測年的準(zhǔn)確性。11/22/20223214C年代測定11/21/202232古地磁測年在地球歷史上，地球磁場的南極和北極曾顛倒過多次，稱極性倒轉(zhuǎn)。其中，105~106年長度的極性變化稱為極性期，與現(xiàn)代磁場方向相同的時(shí)期稱正向極性期，反之稱反向極性期。在每個(gè)正（反）向極性期內(nèi)，存在著104~105年的短暫極性倒轉(zhuǎn)，稱反（正）極性事件。如果對(duì)每一個(gè)極性倒轉(zhuǎn)事件發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行測定，就可以建立起一個(gè)在全球都可對(duì)比的古地磁年表，成為全球?qū)Ρ鹊臅r(shí)間標(biāo)尺。目前已建立起5MaBP以來較高分辨率的古地磁年表和100MaBP以來較粗分辨率的古地磁年表。古地磁年表中的絕對(duì)年代通常是用K-Ar法放射性同位素測年技術(shù)來確定。11/22/202233古地磁測年在地球歷史上，地球磁場的南極和北極曾顛倒過多次，稱蒙戈反極性事件（Mungo）20-30ka前11/22/202234蒙戈反極性事件（Mungo）20-30ka前11/21/20地質(zhì)年代表

地質(zhì)年代表是一種用來區(qū)分地球歷史上各個(gè)時(shí)期的非固定間距的時(shí)間標(biāo)尺。其基本單位為“代”，其中古生代、中生代、新生代合稱為顯生宙，最初以地層中生物化石明顯增多而與其以前的時(shí)期相區(qū)別。每個(gè)代內(nèi)可以進(jìn)一步劃分為若干個(gè)“紀(jì)”，每個(gè)“紀(jì)”內(nèi)又劃分為若干個(gè)“世”。11/22/202235地質(zhì)年代表地質(zhì)年代表是一種用來區(qū)分地球歷史上各地質(zhì)年代表11/22/202236地質(zhì)年代表11/21/2022361.4重建過去全球變化的主要步驟

對(duì)各種過去全球變化信息的識(shí)別與提取如從冰芯中可以提取碳、氧同位素比率、冰川的凈累積率、大氣成分、化學(xué)成分、微粒含量等多種信息；對(duì)過去全球變化的證據(jù)進(jìn)行標(biāo)定與校核環(huán)境過程、產(chǎn)物與環(huán)境狀態(tài)之間協(xié)同關(guān)系的均一性是進(jìn)行環(huán)境標(biāo)定的基本前提。過去的全球變化的整體或部分地復(fù)原等利用多種環(huán)境演變證據(jù)互相咬合，提高指示環(huán)境精度11/22/2022371.4重建過去全球變化的主要步驟11/21/202237第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.1觀測的主要內(nèi)容IOCWMO（國際氣象組織）WMOIOCICSU（國際科學(xué)聯(lián)合會(huì)理事會(huì)）IOC（政府間海洋學(xué)委員會(huì)）WMOUNESCO（聯(lián)合國教科文組織）MAB(人與生物圈計(jì)劃)UNEP（聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署）地球觀測系統(tǒng)（EOS）全球氣候觀測系統(tǒng)(GCOS)全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)全球陸地觀測系統(tǒng)(GTOS)全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(GEMS)11/22/202238第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.1觀測的主要內(nèi)容IOCWMOIO第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.1觀測的主要內(nèi)容地球系統(tǒng)的外部能量：太陽能、紫外線通量等；重要微量氣體：CO2、O3、N2O、CH4、CFCS、H2O、CO、氣溶膠等；大氣變量：溫度、表面壓力、降水、風(fēng)、水汽、運(yùn)等；地表性質(zhì)：植被指數(shù)、土壤濕度、生物范圍、生物量、營養(yǎng)物循環(huán)、土地利用變化、地表特征、雪被、水體、地表輻射溫度等；海洋變量：海面溫度、海面氣壓、大洋環(huán)流、海洋葉綠素、CO2、海冰、海平面等；地球物理變量：重力、大地水準(zhǔn)面、地震、地磁、板塊運(yùn)動(dòng)等；11/22/202239第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.1觀測的主要內(nèi)容11/21/20第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.2觀測的技術(shù)手段空基觀測（遙感手段）空間技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測最重要的技術(shù)手段，遙感衛(wèi)星（氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星）和航天飛機(jī)能以不同軌道平臺(tái)，不同頻率波段、不同時(shí)間周期的方式記錄地球系統(tǒng)的變化。?；完懟^測。11/22/202240第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測2.2觀測的技術(shù)手段11/21/20第三節(jié)全球變化的模擬建立模型的作用：在子過程基礎(chǔ)上正確和重復(fù)地模擬地球系統(tǒng)的某些功能，是檢驗(yàn)該過程的認(rèn)識(shí)程度的一種有效途徑。模型也是綜合概括現(xiàn)有知識(shí)和明確關(guān)鍵知識(shí)空白的必不可少的途徑。模式可以幫助把小尺度的觀測和試驗(yàn)結(jié)果推廣到區(qū)域乃至全球尺度。11/22/202241第三節(jié)全球變化的模擬建立模型的作用：11/21/202241第三節(jié)全球變化的模擬氣候模擬利用氣候模式對(duì)氣候與氣候變化的事實(shí)、規(guī)律及未來可能發(fā)生的變化進(jìn)行研究，常用來檢測氣候變化的敏感性。氣候模擬的基本步驟生態(tài)模式與植被和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬碳循環(huán)模式氣候變化評(píng)價(jià)模型物理過程設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)物理設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)11/22/202242第三節(jié)全球變化的模擬氣候模擬物理過程設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)物理設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)第四章全球變化研究的主要途徑11/22/202243第四章全球變化研究的主要途徑11/21/20221內(nèi)容提要第一節(jié)過去全球變化的重建

1.1基本假設(shè)1.2環(huán)境屬性信息1.3空間和時(shí)間位置信息1.4重建過去全球變化的主要步驟第二節(jié)全球變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

2.1觀測的主要內(nèi)容2.2觀測的技術(shù)手段第三節(jié)全球變化的模擬11/22/202244內(nèi)容提要第一節(jié)過去全球變化的重建11/21/20222第一節(jié)過去全球變化的重建？為什么要重建：由于地球系統(tǒng)中的許多過程具有很長的時(shí)間尺度，在現(xiàn)代的觀測記錄中無法觀測得到，也不可能通過實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行印證。因此，通過觀測所獲得的全球變化信息是有限的?，F(xiàn)代環(huán)境中的許多現(xiàn)象是過去不同時(shí)間、不同環(huán)境狀態(tài)下多形成的產(chǎn)物的殘留物的集合，其中的一些現(xiàn)象對(duì)現(xiàn)代環(huán)境特征起制約作用，認(rèn)識(shí)現(xiàn)代所發(fā)生的過程需要對(duì)所經(jīng)歷的歷史有必要的了解。對(duì)過去全球變化的研究可以揭示各種過程之間不斷變化著的平衡關(guān)系。11/22/202245第一節(jié)過去全球變化的重建？為什么要重建：11/21/2021.1基本假設(shè)

？怎樣重建找證據(jù)對(duì)證據(jù)進(jìn)行標(biāo)定與校核復(fù)原依據(jù)的基本假設(shè)：均一性假設(shè)協(xié)同性假設(shè)全息假設(shè)11/22/2022461.1基本假設(shè)？怎樣重建11/21/202241.2環(huán)境屬性信息

根據(jù)來源和屬性的不同，過去全球變化信息可分為三種類型。觀測記錄記錄規(guī)范，精度高，但時(shí)間尺度短考古和歷史文獻(xiàn)記錄記錄欠規(guī)范，時(shí)間尺度不長，對(duì)重大事件研究意義較大古環(huán)境感應(yīng)體待用指標(biāo)豐富客觀性強(qiáng)但干擾作用大。代用資料11/22/2022471.2環(huán)境屬性信息根據(jù)來源和屬性的不同，過去全球變化信

1.2環(huán)境屬性信息a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄b黃土與古土壤c孢粉和植物硅酸體d冰芯——同位素、甲烷氣等e樹木年輪——輪寬、密度、同位素等f湖芯——年代學(xué)、物理、化學(xué)、生物指標(biāo)g石筍——微層厚度、同位素、微量元素h珊瑚——微量元素、同位素等i考古和歷史文獻(xiàn)記錄11/22/2022481.2環(huán)境屬性信息a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄11/檔案時(shí)間分辨率時(shí)間長度（年）可提取的環(huán)境參數(shù)樹木年輪年／季104THCaVMLS湖泊沉積年104~106TBM極地冰巖芯年105THCaBVMS中緯度冰巖芯年103THBVMS海灣沉積年105TCwL黃土10年106TCsBM海洋冰芯100年107TCsBM花粉10年105THB古土壤100年105THCsV沉積巖芯2年107HCsVML歷史紀(jì)錄天/小時(shí)103THBVMLS（根據(jù)ＨansOeschserandJohnA.Eddy,1988）T=溫度；H=濕度或雨量；C=大氣（a）、水(w)或土壤(s)的化學(xué)成分；B=生物量方面的信息；V=火山噴發(fā)；M=地磁場；S=太陽活動(dòng)主要天然環(huán)境檔案的特征11/22/202249檔案時(shí)間分辨率時(shí)間長度（年）可提取的環(huán)境參數(shù)樹木年輪年／季1a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄根據(jù)δ18O值的變化，不但可以計(jì)算出有孔蟲生存時(shí)期的溫度，而且可以對(duì)全球冰量的變化進(jìn)行推斷11/22/202250a海洋沉積及深海沉積的氧同位素紀(jì)錄根據(jù)δ18O值的變化，不但b黃土與古土壤原理：黃土和古土壤層的交互出現(xiàn)是風(fēng)塵堆積作用和成土作用兩種對(duì)立的過程彼此消長的結(jié)果。風(fēng)塵堆積作用>成土作用形成黃土層成土作用>風(fēng)塵堆積作用形成古土壤層黃土與古土壤層的交替變化是第四季冰期—間冰期環(huán)境周期變化的反應(yīng)，與深海氧同位素記錄有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。冰期間冰期11/22/202251b黃土與古土壤原理：黃土和古土壤層的交互出現(xiàn)是風(fēng)塵堆積作用和11/22/20225211/21/202210b黃土與古土壤兩大重要指標(biāo)：粒度：用來反映黃土粗細(xì)程度的指標(biāo)，粒度的大小差別反映了風(fēng)力搬運(yùn)強(qiáng)度的差別。磁化率：物質(zhì)被磁化程度難易的一種量度。磁化率值的變化與氣候變化尤其是降水量的變化有一定關(guān)系。黃土-古土壤序列中磁化率的變化被作為夏季風(fēng)變化的指標(biāo)（An,Z.S.）11/22/202253b黃土與古土壤兩大重要指標(biāo)：11/21/202211c孢粉和植物硅酸體原理：一個(gè)地區(qū)的孢粉雨的組成能夠反映所在地區(qū)的植被組成，是所在地區(qū)的植被的函數(shù)。孢粉具有耐氧化、耐高溫、耐溶解的質(zhì)地堅(jiān)硬的外壁，因此能夠在沉積地層中長期保存下來。根據(jù)孢粉的組成及其隨時(shí)間的變化，可以推斷植被在時(shí)間和空間上的演化過程及環(huán)境的變化。植物硅酸體忠實(shí)地記錄了生產(chǎn)它的植物細(xì)胞的形態(tài)11/22/202254c孢粉和植物硅酸體原理：11/21/202212d冰芯極地冰蓋和中緯度高山冰川地區(qū)，冰雪終年不化，每年積累的雪最終轉(zhuǎn)換成冰，形成一個(gè)年層。從這些地區(qū)取得的冰芯中獲得的主要記錄之一是氧同位素比率δ18O。陸地水體中水的18O/16O均小于標(biāo)準(zhǔn)大洋水中的18O/16O。蒸發(fā)和凝結(jié)作用均與溫度有關(guān)，δ18O與溫度之間存在一定的關(guān)系分析測試表明溫度每降低1℃，δ18O在格陵蘭地區(qū)降低0.70‰在南極地區(qū)降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以由冰芯中的δ18O推斷溫度變化。11/22/202255d冰芯極地冰蓋和中緯度高山冰川地區(qū)，冰雪終年不化，每年積累的d冰芯重要指標(biāo)：冰川的凈累積率可以作為降水量變化的指標(biāo)；在由雪轉(zhuǎn)換成冰的過程中包裹在冰中的氣泡里，記錄著氣泡生成時(shí)的大氣成分（CH4）；冰芯中的化學(xué)成分和微量含量，記錄了過去大氣氣溶膠的狀況，以及地球沙漠化和大氣環(huán)流強(qiáng)度的狀況等。冰芯中保存的有機(jī)物質(zhì)記錄了當(dāng)時(shí)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程冰心中的火山灰和強(qiáng)酸信號(hào)記錄了火山活動(dòng)的歷史冰心中的10Be等放射性同位素含量的變化反映了宇宙射線強(qiáng)度、太陽活動(dòng)和地磁場強(qiáng)度變化的歷史

11/22/202256d冰芯重要指標(biāo)：11/21/202214d冰芯11/22/202257d冰芯11/21/202215過去9萬年兩極冰芯氣候環(huán)境記錄對(duì)比(BlunierandBrook)11/22/202258過去9萬年兩極冰芯氣候環(huán)境記錄對(duì)比(Blunierand近10萬年來青藏高原古里雅冰芯氣候記錄與南極、北極冰芯記錄具有相似變化特征，但青藏高原冰芯記錄的氣候變化頻率和變幅比極地冰芯的大，說明青藏高原對(duì)氣候變化的敏感性更大(姚檀棟等)。

冰芯研究11/22/202259近10萬年來青藏高原古里雅冰芯氣候記錄與南極、北極冰芯記錄具e樹木年輪樹木年輪是樹木形成層周期性生長的結(jié)果。在季節(jié)差異明顯的地區(qū)，溫暖或濕潤的生長季樹木生長快，細(xì)胞大而細(xì)胞壁薄，形成較寬的淺色早材；寒冷或干燥的季節(jié)樹木生長緩慢，細(xì)胞小而細(xì)胞壁厚，形成較窄的暗色晚材；早材和晚材合起來為一個(gè)年輪。樹木年輪可提供時(shí)間分辨率為年或季的變化信息，是重建幾十到幾百年尺度全球變化的最重要的信息源之一。在樹木橫斷面上的年輪的寬度可以反映樹木生長量的狀況。每年年輪寬度的大小，與樹木的年齡、前期生長狀況和環(huán)境等多方面因素密切相關(guān)。環(huán)境變化所引起的樹木年輪寬度變化反映的是對(duì)樹木生長限制最大的環(huán)境（氣候）因子的變化基于年輪細(xì)胞的大小、壁厚和數(shù)量多少形成的木材的密度差別分析，反映較年輪寬度更為豐富的信息。年輪中碳、氫、氧同位素比值的變化可以反映環(huán)境的變化。11/22/202260e樹木年輪樹木年輪是樹木形成層周期性生長的結(jié)果。在季節(jié)差異明樹輪記錄了豐富的氣候、環(huán)境信息樹輪研究----樹輪結(jié)構(gòu)11/22/202261樹輪記錄了豐富的氣候、環(huán)境信息樹輪研究----樹輪結(jié)構(gòu)11/鋸取木盤樹輪研究----采樣11/22/202262鋸取木盤樹輪研究----采樣11/21/202220樹輪研究----定年11/22/202263樹輪研究----定年11/21/202221f湖泊沉積

湖泊是各圈層相互作用的連接點(diǎn)，其沉積物保存了豐富的物理、化學(xué)和生物變化的信息。因此，湖泊沉積作為一個(gè)重要的信息載體，在全球變化研究中有著不可替代的作用。11/22/202264f湖泊沉積湖泊是各圈層相互作用的連接點(diǎn)，其沉積物保存了流域輸入大氣輸入地下水輸入湖泊沉積記錄內(nèi)源輸入f湖泊沉積11/22/202265流域輸入大氣輸入地下水輸入湖泊沉積記錄內(nèi)源輸入f湖泊沉積11f湖泊沉積湖泊沉積連續(xù)性好、分辨率高,可以重建不同時(shí)間尺度（從百萬年到近現(xiàn)代）的古氣候環(huán)境。近現(xiàn)代的沉積物(100-102年)提取過去102-103年的沉積巖芯提取過去103-104年的沉積巖芯提取

深鉆巖芯(105-106年)提取11/22/202266f湖泊沉積湖泊沉積連續(xù)性好、分辨率高,可以重建不同時(shí)間尺PhotobyJosHill,2002PhotobyDeanMiller,2002PhotobyJosHill,2002h珊瑚研究11/22/202267PhotobyJosHill,2002Photob珊瑚研究珊瑚作為海洋環(huán)境的信息載體，具有高分辨率、記錄連續(xù)完整、體系封閉好、代用指標(biāo)多、易于定年等特點(diǎn)，有效記錄了全球環(huán)境變化的信息，分辨率可達(dá)月。主要指標(biāo)：微量元素、同位素11/22/202268珊瑚研究珊瑚作為海洋環(huán)境的信息載i考古和歷史文獻(xiàn)記錄

考古和歷史文獻(xiàn)記錄包括考古遺址、遺物和遺跡等各種考古發(fā)掘物，以及官方史書、地方志、農(nóng)書、宗教案卷、航海日志、文學(xué)作品等各種文獻(xiàn)記載。11/22/202269i考古和歷史文獻(xiàn)記錄考古和歷史文獻(xiàn)記錄包括考古遺址、遺1.3空間和時(shí)間位置信息14C年代測定古地磁測年地質(zhì)年代表11/22/2022701.3空間和時(shí)間位置信息14C年代測定11/21/2022214C年代測定自然界有3種碳：12C(98.8%)、13C(1.08%)、14C(1.2×10-10%)。前2種是穩(wěn)定同位素，14C是放射性同位素。14C是在約12~18km高空的氮（14N）受宇宙射線的熱中子流（n）轟擊，從14N中打出一個(gè)質(zhì)子（P）,使14N變成14C。14C借助β蛻變失去一個(gè)電子（e）變成14N11/22/20227114C年代測定自然界有3種碳：12C(98.8%)、13C(14C年代測定14C在高空形成后便與氧結(jié)合成14CO2,大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)使其均勻混合在大氣中，通過降水進(jìn)入江河湖海水域，并被水中的碳酸鹽介殼生物吸收；通過光合作用進(jìn)入植物體；動(dòng)物食用植物使14C進(jìn)入動(dòng)物骨骼?；畹挠袡C(jī)體中的14C與大氣中的14C保持平衡，生物死亡后并被立即埋藏，生物遺體中14C與大氣中的14C停止交換，在封閉系統(tǒng)中按指數(shù)規(guī)律衰減。式中N為樣品中現(xiàn)在14C含量，N0 為14C初始含量11/22/20227214C年代測定14C在高空形成后便與氧結(jié)合成14CO2,大氣14C年代測定Libby（1949）測定14C的半衰期為5568年，根據(jù)半衰期可以計(jì)算衰變常數(shù),根據(jù)樣品中N相對(duì)于N0減少的程度就可以測定樣品的年代。14C年代的表示方法為__kaBP,代表距今__千年以前的意思，通常以1950年為起點(diǎn)。用于14C年代測定的樣品最好是木頭、木炭、谷物、泥碳、古土壤等有機(jī)質(zhì)，無機(jī)碳樣品如貝殼，鈣結(jié)核也可用于測年，但需注意老碳可能對(duì)14C年齡的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。11/22/20227314C年代測定Libby（1949）測定14C的半衰期為5514C年代測定目前14C年代測定的方法有兩種，一種是β衰變法，利用質(zhì)譜儀測定樣品中的14C所產(chǎn)生的放射性（每分鐘每克碳衰變的次數(shù)），測定年限小于5萬年。另一種是加速質(zhì)譜儀測量法（AMS）直接測量樣品中14C原子的個(gè)數(shù)，所需樣品僅幾毫克純碳，可測量年限達(dá)10萬年。14C測年的基本假設(shè)之一是自古以來大氣中14C的含量是不變的，但這一假設(shè)不是嚴(yán)格成立的，宇宙射線強(qiáng)度的變化、太陽黑子活動(dòng)或地磁場的變化都引起大氣中14C含量的變化，這種變化勢(shì)必影響14C測年的準(zhǔn)確性。11/22/20227414C年代測定11/21/202232古地磁測年在地球歷史上，地球磁場的南極和北極曾顛倒過多次，稱極性倒轉(zhuǎn)。其中，105~106年長度的極性變化稱為極性期，與現(xiàn)代磁場方向相同的時(shí)期稱正向極性期，反之稱反向極性期。在每個(gè)正（反）向極性期內(nèi)，存在著104~105年的短暫極性倒轉(zhuǎn)，稱反（正）極性事件。如果對(duì)每一個(gè)極性倒轉(zhuǎn)事件發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行測定，就可以建立起一個(gè)在全球都可對(duì)比的古地磁年表，成為全球?qū)Ρ鹊臅r(shí)間標(biāo)尺。目前已建立起5MaBP以來較高分辨率的古地磁年表和100MaBP以來較粗分辨率的古地磁年表。古地磁年表中的絕對(duì)年代通常是用K-Ar法放射性同位素測年技術(shù)來確定。11/22/202275古地磁測年在地球歷史上，地球磁場的南極和北極曾顛倒過多次，稱蒙戈反極性事件（Mungo）20-30ka前11/22/202276蒙戈反極性事件（Mungo）20-30ka前11/21/20地質(zhì)年代表

地質(zhì)年代表是一種用來區(qū)分地球歷史上各個(gè)時(shí)期的非固定間距的時(shí)間標(biāo)尺。其基本單位