亚澳季风区近1 ka大气降水和石笋δ18O的意义：观测与自然记录集成研究

论文摘要

地球气候系统的内部变率一直是全球气候变化的热点研究问题,由于器测资料时间尺度的局限性,其仅仅只可以提供过去百年的海洋和大气环流的变化趋势。但对于千年尺度的气候变化信息,往往只能依靠古气候的载体（冰芯、洞穴石笋、树轮等）。值得注意的是,具有高分辨的古气候的代用资料记录,它们通常被用作重建过去厄尔尼诺与南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation:ENSO）指数变化的材料。但纵观过去几十年的ENSO变率研究,可以发现不同地质指标重建的ENSO内部变率可谓是争议不断,而不同模式模拟出来的结果也是矛盾重重,这为研究更长时间尺度的ENSO变化增加了很大的不确定性。为了对过去千年的ENSO模态有更加清楚的认识,降低过去千年ENSO变率重建的不确定性,本文将从亚澳季风系统出发,对亚澳季风区的大气降水到洞穴石笋δ18O信号的气候意义进行整体探讨,使用亚澳季风区高精度年代和高分辨率U-Th测年的石笋样品,试图提出一个新的ENSO代用指标——石笋氧同位素,并将重建的过去千年的ENSO指数变化与地球系统的外部变率指数,以及和大气涛动指数等进行系统对比研究,目的是阐释地球系统内部和外部变率的联系和区别。本研究主要得出以下初步结论:（1）亚澳季风区各研究气象站点的月降水量与大气降水的氧同位素呈现反相关关系,各站点均可以通过相关性检验,说明这种规律在亚澳季风区是普遍存在的。因此,在数学统计关系上说明月时间尺度上的大气降水氧同位素主要反映了当地降水量的变化。但是,亚澳季风区各站点降水量变化可能并不是引起月大气降水氧同位素变化的最直接因素,而大气环流的变化和不同季节当地水汽来源的变化才是影响大气降水δ18O最重要因素。（2）在受复合水汽源影响的东亚季风区和澳大利亚季风区,大气降水δ18O的年加权平均值与当地的年降水量之间在年际尺度上并不具有相关性,但在受相对单一水汽源影响的印度季风区,年降水量与当地的大气降水氧同位素的年加权平均值却呈现反相关关系。因此,在受复合水汽源影响的东亚季风区和澳大利亚季风区使用石笋氧同位素来重建当地降水量的变化需要谨慎。另外,亚澳季风区的大气降水的氧同位素在年际尺度上与ENSO指数可以通过相关性检验,尽管原因还存在争议,但这种大气降水氧同位素与ENSO指数的良好相关性,为我们使用石笋δ18O记录来重建过去千年的ENSO变化指数提供了基础。（3）通过将亚澳季风区高分辨率的多条石笋记录进行相关性计算,发现亚澳季风区多条石笋记录之间存在一定的相关性,说明在亚澳季风区的石笋δ18O的记录在十年——百年尺度上的变化趋势大体是一致的,暗示该区域的石笋δ18O可能受控于同样的气候信号。另外,亚澳季风区的石笋δ18O记录在小冰期时期变化趋势大体一致,这与前人提出的南北半球气候变化会存在一种“跷跷板”模式的观点并不一致。（4）通过将过去1 ka亚澳季风区的石笋δ18O进行集成,发现小冰期时期石笋的δ18O值呈现明显的偏正趋势,对应于热带太平洋Ni?o 3.4区的El Ni?o态;石笋δ18O在中世纪暖期明显偏负,对应于热带太平洋Ni?o 3.4区的La Ni?a态。为了验证石笋集成的ENSO结果的可靠性,我们将器测的SOI指数与集成的ENSO指数进行对比,发现二者呈现明显的反相关关系,与大气降水的氧同位素和SOI指数的对应关系一致,证明我们的集成结果是可靠的,可以正确的反映过去千年ENSO的变化趋势。（5）亚澳季风区石笋δ18O重建的过去1 ka ENSO变化指数与太阳活动指数之间存在明显的反相位关系,其原因在于太阳活动可能影响热带东西太平洋的海温梯度变化。通过将重建的过去1 ka PDO指数与我们基于亚澳季风区石笋氧同位素重建的ENSO指数进行对比,可以发现二者存在明显的正相关关系,主要原因在于热带太平洋Ni?o 3.4区的海温变化可以通过“大气桥”来影响PDO的变化。另外,过去1 ka的北大西洋多年代际变率（Atlantic Multi-decadal Variability:AMV）指数变化与重建的ENSO指数呈现反相关关系,当北大西洋中高纬度海区降温时,对应热带太平洋Ni?o 3.4区的海温的正异常,这种遥相关关系主要是通过北大西洋经向翻转环流和大气的Rossby波来实现的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 选题背景和国内外研究现状
•     1.1.1 ENSO与亚澳季风的联系
•     1.1.2 国内外的ENSO的重建与模拟的研究现状
•     1.1.3 国内外的大气降水和石笋氧同位素研究现状
•     1.1.4 新的ENSO代用指标-石笋氧同位素
•   1.2 研究内容和研究目标
•   1.3 论文创新点与技术路线
•     1.3.1 论文创新点
•     1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区概况和研究方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 大气降水站点分布位置与地理概况
•   2.3 石笋记录的分布位置与地理概况
•   2.4 研究方法和实验方法
•     2.4.1 SJJ-300 石笋230Th测年结果
•     2.4.2 SJJ-300 氧同位素测试方法
•     2.4.3 石笋记录的集成方法
• 18O在不同时间尺度上的意义'>第3章 亚澳季风区大气降水δ¹⁸O在不同时间尺度上的意义
• 18O与当地月降水量和气温的关系'>  3.1 亚澳季风区大气降水δ¹⁸O与当地月降水量和气温的关系
• 18O的年加权平均值与当地年降水量的关系'>  3.2 亚澳季风区大气降水δ¹⁸O的年加权平均值与当地年降水量的关系
• 18O与 ENSO的关系'>  3.3 亚澳季风区在年际尺度上大气降水δ¹⁸O与 ENSO的关系
•   3.4 本章小结
• 18O记录的对比'>第4章 亚澳季风区过去1ka石笋δ¹⁸O记录的对比
• 18O记录变化的相似性'>  4.1 亚澳季风区过去1ka石笋δ¹⁸O记录变化的相似性
• 18O记录变化的原因解释'>  4.2 小冰期时期亚澳季风区石笋δ¹⁸O记录变化的原因解释
•   4.3 本章小结
• 18O记录的集成与验证'>第5章 亚澳季风区过去1ka石笋δ¹⁸O记录的集成与验证
• 18O记录的集成'>  5.1 亚澳季风区过去1ka石笋δ¹⁸O记录的集成
•   5.2 亚澳季风区过去100 年重建的ENSO变化与器测资料的验证
•   5.3 本章小结
• 第6章 过去1ka ENSO变化与太阳活动以及其他大气涛动的联系
•   6.1 过去1ka ENSO变化与太阳活动和北半球气温变化的联系
•   6.2 过去1ka ENSO变化与太平洋中高纬地区海温变化的联系
•   6.3 过去1ka ENSO变化与北大西洋中高纬地区海温变化的联系
•   6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张键

导师: 李廷勇

关键词: 过去,亚澳季风区,石笋,集成研究

来源: 西南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 西南大学

分类号: P532;P597

总页数: 65

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