过去两千年青藏高原百年尺度温度变化的时空格局.pdf
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1、D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 3-0 9 7 2.2 0 2 3.0 3.0 1 8 文章编号:1 0 0 3-0 9 7 2(2 0 2 3)0 3-0 4 5 1-0 6过去两千年青藏高原百年尺度温度变化的时空格局李秀美,刘苏涛,张力方,闫军辉,范宝伟*(信阳师范大学 地理科学学院/河南省水土环境污染协同防治重点实验室,河南 信阳 4 6 4 0 0 0)摘 要:基于青藏高原过去2 0 0 0 a高分辨率的温度代用序列,通过区域对比以及集成分析方法,深入分析青藏高原过去2 0 0 0 a温度变化的时空特征。结果表明:过去2 0 0 0 a青藏高原温度变
2、化可以划分为4个世纪尺度的冷暖时期,即06 0 0 A D和1 4 0 01 9 0 0 A D的冷期、6 0 01 4 0 0 A D和2 0世纪的暖期,其中1 4 0 01 9 0 0 A D和6 0 01 4 0 0 A D可能分别对应于欧洲的小冰期和中世纪暖期;青藏高原过去2 0 0 0 a温度变化存在很强的季节性特征,年平均气温变化存在争议,但夏季温度变化较为一致;夏季温度记录表明2 0世纪升温并不是很显著,中世纪暖期是过去2 0 0 0 a中升温最显著且最温暖的时段。目前,青藏高原过去2 0 0 0 a古温度记录仍存在空白区域,转换函数的选取、气候指标的季节性差异以及定年误差等因素
3、都可能增加温度序列的不确定性。未来,在青藏高原还需要重建更多高质量(高分辨率、有准确的年龄控制、明确的季节性以及精确的气候指示意义)的古温度记录,以更深入地揭示青藏高原温度变化的时空格局及机制。关键词:青藏高原;温度重建;中世纪暖期;小冰期中图分类号:P 4 6 7 文献标识码:A开放科学(资源服务)标识码(O S I D):S p a t i o-t e m p o r a l P a t t e r n s o f C e n t e n n i a l s c a l e T e m p e r a t u r e C h a n g e O v e r t h e T i b e t
4、a n P l a t e a u D u r i n g t h e P a s t T w o M i l l e n n i a L I X i u m e i,L I U S u t a o,Z H A N G L i f a n g,Y A N J u n h u i,F A N B a o w e i*(C o l l e g e o f G e o g r a p h i c S c i e n c e s/H e n a n K e y L a b o r a t o r y f o r S y n e r g i s t i c P r e v e n t i o n o f
5、 W a t e r a n d S o i l E n v i r o n m e n t a l P o l l u t i o n,X i n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y,X i n y a n g 4 6 4 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e d o n t h e h i g h r e s o l u t i o n t e m p e r a t u r e p r o x y s e r i e s o v e r t h e Q i n g h a i-T i b e t P l
6、 a t e a u d u r i n g t h e p a s t t w o m i l l e n n i a,t h e s p a t i a l a n d t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t e m p e r a t u r e c h a n g e s o v e r t h e Q i n g h a i-T i b e t P l a t e a u a r e a n a l y z e d b y r e g i o n a l c o r r e l a t i o n a n d i n t
7、 e g r a t e d a n a l y s i s.T h e r e s u l t s r e v e a l t h a t t e m p e r a t u r e c h a n g e s d u r i n g t h e p a s t t w o m i l l e n n i a c a n b e c a t e g o r i z e d i n t o f o u r c e n t e n n i a l-s c a l e c o l d a n d w a r m p e r i o d s:c o l d i n t e r v a l s i n
8、 06 0 0 A D a n d 1 4 0 01 9 0 0 A D,a s w e l l a s w a r m i n t e r v a l s i n 6 0 01 4 0 0 A D a n d t h e t w e n t i e t h c e n t u r y.T h e t i m e p e r i o d s o f 1 4 0 01 9 0 0 A D a n d 6 0 01 4 0 0 A D c o r r e s p o n d t o t h e L i t t l e I c e A g e a n d t h e M e d i e v a l
9、W a r m P e r i o d i n E u r o p e,r e s p e c t i v e l y.T e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s o n t h e T i b e t a n P l a t e a u o v e r t h e p a s t t w o m i l l e n n i a a r e n o t u n i f o r m a n d e x h i b i t s t r o n g s e a s o n a l i t y.W h i l e t h e p a t t e r n s o
10、f m e a n a n n u a l t e m p e r a t u r e c h a n g e o n t h e p l a t e a u d u r i n g t h i s p e r i o d r e m a i n i n c o n c l u s i v e,s u mm e r t e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n s g e n e r a l l y d i s p l a y c o n s i s t e n c y.T h e s u mm e r t e m p e r a t u r e r
11、e c o n s t r u c t i o n s s u g g e s t t h a t t h e w a r m e s t p e r i o d o f t h e p a s t t w o m i l l e n n i a o c c u r r e d d u r i n g t h e M i d d l e A g e s,r a t h e r t h a n i n t h e r e c e n t 2 0 t h c e n t u r y.C u r r e n t l y,t h e c l i m a t e r e c o r d s o n t
12、h e T i b e t P l a t e a u d u r i n g t h e l a t e H o l o c e n e a r e s t i l l s c a r c e.S e a s o n a l b i a s,a p p l i c a b i l i t y o f t h e t r a n s f e r f u n c t i o n,a n d c h r o n o l o g i c a l e r r o r m i g h t c a u s e u n c e r t a i n t y i n t e m p e r a t u r e
13、r e c o n s t r u c t i o n r e c o r d s.I t i s c r u c i a l t o d e v e l o p h i g h-q u a l i t y q u a n t i t a t i v e p a l e o t e m p e r a t u r e s e r i e s w i t h c l e a r s e a s o n a l i t y,s i t e-s p e c i f i c p r o x y-t e m p e r a t u r e c a l i b r a t i o n,a n d b e
14、t t e r c h r o n o l o g i c c o n s t r a i n t s i n o r d e r t o f u r t h e r r e v e a l t h e s p a t i o-t e m p o r a l p a t t e r n a n d m e c h a n i s m o f t e m p e r a t u r e c h a n g e o n t h e T i b e t a n P l a t e a u.K e y w o r d s:T i b e t a n P l a t e a u;t e m p e r
15、a t u r e r e c o n s t r u c t i o n;M e d i e v a l W a r m P e r i o d;L i t t l e I c e A g e 收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 4;修回日期:2 0 2 3-0 4-1 0;*.通信联系人,E-m a i l:l i x mx y n u.e d u.c n;b w f a n x y n u.e d u.c n 基金项目:国家自然科学基金项目(4 1 9 0 1 1 0 5);河南省本科高校研究性教学改革研究与实践项目(2 0 2 2 S Y J X L X 0 6 2);河南省自然科学
16、基金项目(2 2 2 3 0 0 4 2 0 5 2 2);河南省高等学校重点科研项目(2 0 A 1 7 0 0 1 4)作者简介:李秀美(1 9 8 8),女,山东济南人,副教授,博士,主要从事气候环境变化的研究。154信阳师范学院学报(自然科学版)J o u r n a l o f X i n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y第3 6卷 第3期 2 0 2 3年7月 N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n V o l.3 6 N o.3 J u l.2 0 2 30 引言过去2 0 0 0 a是气候
17、变化研究中极为重要的时段,是衔接地质记录和器测、历史文献资料的时间窗1。这一时段气候变化历史涵盖了以北欧地区最为典型的几个特征时期,如黑暗时代冷期(D a r k A g e C o l d P e r i o d,D A C P)、中世纪温暖期(M e d i e v a l W a r m P e r i o d,MW P)、小冰期(L i t t l e I c e A g e,L I A)和工业革命以来的快速增温期(C u r r e n t W a r m i n g P e r i o d,CW P)。揭示该时段气候变化历史与规律,可为辨识气候自然变化率以及人类活动在全球气候变化中
18、的作用提供重要依据,对目前全球增温可能引发的气候灾变具有重要的预警意义2-3。青藏高原平均海拔在4 0 0 0 m以上,是全球气候变暖最强烈的地区。深入研究青藏高原过去2 0 0 0 a气候变化可以为预测全球变暖背景下青藏高原水资源的变化趋势提供依据,亦可为人类如何适应未来气候变化提供历史借鉴3。过去十几年来,研究者通过不同的气候载体已经对青藏高原晚全新世古温度重建做了大量研究工作。然而,目前对于过去2 0 0 0 a青藏高原温度变化的时空特征还不甚清晰;关于中世纪暖期、小冰期以及现代暖期的起止时间以及温度变幅在不同的研究结果中也不一致4-7。近年来,反映青藏高原过去2 0 0 0 a温度变化
19、的高分辨率重建序列逐渐增多,有助于更加深入和细化地认识该区温度变化的时空特征。本研究对青藏高原过去2 0 0 0 a最新的温度代用序列(主要包括树轮、湖泊沉积物和冰芯等)进行收集,通过区域对比以及集成分析方法,深入分析青藏高原过去2 0 0 0 a温度变化的基本特征。1 研究数据与研究方法1.1 研究数据对青藏高原已经发表的过去2 0 0 0 a温度代用序列进行整理,选择年代可靠、代用指标气候指示意义明确的古温度记录进行研究。对温度记录的选取主要依据以下6条标准:(1)代用序列的采样点位置必须位于青藏高原或其毗邻地区;(2)代用序列长度至少达到1 5 0 0 a,并且记录连续没有间断;(3)代
20、用序列必须具有明确的气候指示意义,可以明确地反映温度变化;(4)序列的时间分辨率至少为3 0 a,但对于高分辨率记录非常稀缺的地区,可以采用分辨率相对较低的温度记录作为支持证据;(5)代用序列变化主要受温度变化驱动,而不是受人类活动控制;(6)如果时间序列是基于放射性1 4C定年法,过去2 0 0 0 a中至少需要包含2个可靠的定年结果,且最终年龄应为碳库效应校正后的日历年龄。基于上述原则,本文共收集到了1 6条温度记录8-1 9。各温度代用序列的地理位置见图1,序列的基本特征见表1(表1中样点字母编号与图1对应)。其中祁连山树轮年表记录的温度虽然只有1 3 4 3 a,但由于其明确的气候指示
21、意义以及极高的分辨率也被选中作为青藏高原东北部的温度序列。图1 青藏高原过去2 0 0 0 a温度代用资料分布图(大写字母为各温度记录编号,温度记录的详细信息见表1)F i g.1 D i s t r i b u t i o n a n d t y p e s o f p r o x y r e c o r d d u r i n g t h e p a s t t w o m i l l e n n i a(C a p i t a l l e t t e r s r e p r e s e n t s e r i a l n u m b e r o f t e m p e r a t u r
22、 e r e c o r d s.T a b.1 f o r d e t a i l s o f t h e s e p r o x i e s)1.2 研究方法本研究收集的古温度代用序列具有不同的分辨率,不同的温度代用序列往往存在不同的量纲和数量级。为了便于对采集的所有温度代用序列进行比较和集成分析,对温度序列按以下步骤进行处理:(1)对树轮等年分辨率的序列先进行3 0 a滑动平均;(2)对于湖泊沉积物等分辨率较低的气候序列,先用S p l i n e函数插值到年分辨率,再进行3 0 a滑动平均(这样以尽可能保证不遗失代用序列中的气候信息);(3)对所有经过3 0 a滑动平均后的序列进行标准
23、化;(4)使用区域平均法来计算青藏高原过去2 0 0 0 a的温度集成序列;同时,为便于不同指标类型记录的对比分析,相同指标重建的古温度序列(比如烯酮UK3 7和冰芯d1 8O)通过计算各类指标序列的算术平均值来集成一条复合温度曲线,通过计算标准偏差来表示各集成曲线的误差。根据所有序列集成的温度记录,将青藏高原过去2 0 0 0 a温度变化粗略地划分为4个典型的冷暖期。然后,根据以下步骤,将每条温度记录各冷暖期进一步划分为暖、适度温暖、适度寒冷和冷等4个级别:(1)对于大部分指标,数值越大指示温度越高,但亦存在一些指标其数值越大指示温度越低(比如卡拉库里湖的磁化率指标),本文将这类序列取相反数
24、,从而使气候序列值与温度正相关;(2)每条温度254第3 6卷 第3期信阳师范学院学报(自然科学版)h t t p:/j o u r n a l.x y n u.e d u.c n2 0 2 3年7月序列按照各自过去2 0 0 0 a的平均分辨率进行线性插值,以避免原始数据分布不均匀对最终结果造成的影响;(3)将上述插值后的温度值与过去2 0 0 0 a整个序列的平均值进行比较,在各典型冷暖期内,如果插值数据在每个时期内有2/3高(低)于整个序列的平均值,就归类为“暖期(冷期)”,如果超过1/2,但少于2/3的温度值比过去2 0 0 0 a序列的平均值高(低),则归类为“适度温暖期(适度寒冷期
25、)”。表1 青藏高原过去2 0 0 0 a温度记录信息T a b.1 I n f o r m a t i o n o f t e m p e r a t u r e r e c o r d s o v e r t h e T i b e t a n P l a t e a u d u r i n g t h e p a s t t w o m i l l e n n i a编号研究点纬度/(N)经度/(E)时间(A D)定年手段气候指标指标意义参考文献A卡拉库里湖3 8.4 47 5.0 632 0 0 31 4C磁化率年均温度8B夏达错3 3.3 97 9.3 602 0 1 32 1 0P
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