湖南湘西龙山莲花洞近2000年来气候变化石笋记录研究

【摘要】：在全球变暖,极端天气频发的气候背景下,中国各地极端天气频发,如2009-2010年的西南大旱、2012年7月21日北京地区的特大暴雨等,给人民的生产生活、生命财产带来了巨大的威胁,也引起了国家领导层面的关注,所以应对极端天气／气候成为目前亟待解决的问题,但是由于气象记录相对较短,对极端天气的研究和分析有限,所以很有必要加强对过去历史时期极端天气变化规律的研究,探索其形成原因。因此作者提出利用洞穴石笋研究过去2000年来极端事件这个课题。通过对莲花洞LHD1和LHD3两根石笋的230Th年代学、碳氧同位素、微量元素、沉积结构的系统研究,得出以下主要认识： (1)莲花洞石笋LHD1和LHD3石笋均为文石石笋,有着高的U含量(238U3ppm),相对高的沉积速率(约0.1mm/yr),适合精确定年。通过230Th精确定年,比较目前使用较多的3种年代模型：线性内插、多项式拟合、StalAge模型,在年龄数据较准确、年龄数据相对较少、沉积速率存在变化的莲花洞石笋,应用最适合建立年代模式的线性内插模型建立LHD1石笋顶部30mm的生长时间为1548-2011AD, LHD3石笋的生长时间为154BC-1510AD,主要生长时段均位于近2000年,满足了近2000年来极端事件研究的要求。 (2)通过对莲花洞石笋进行XRD物相分析、氧同位素和元素沉积结构证据相互验证发现,莲花洞石笋δ180的变化在大趋势上响应夏季风强弱的变化,但是在年际、年代际尺度上反映区域降水量的变化,区域上表现为旱涝程度的变化。但是1950年以来由于石笋δ18O严重偏正,而当地大气降水量只呈现微弱减少趋势,在亚洲夏季风减弱的趋势下,可能还叠加了其他因素的作用,导致了石笋δ18O的偏正。 (3)莲花洞石笋所揭示的莲花洞周边的气候变化显示,中世纪暖期以前,当地降水量随着太阳辐射的减弱呈现减少的趋势,在中世纪暖期表现为温暖背景下相对干旱的气候特征,在小冰期为寒冷背景下干旱的特征,现代暖期在1850-1950AD表现为降水量较多的阶段,1950年以来,由于叠加了其他因素的作用,在降水量变化不大的情况下,石笋δ18O大幅度偏正,如何剥离出其他因素的作用,准确反映当地降水量变化,需要进一步研究。 (4)莲花洞石笋记录到小冰期以来4次极端干旱事件,分别为明末清初干旱事件、1680-1697AD干旱事件、1771-1827AD干旱事件、1896-1902AD干旱事件,四次干旱事件在当地的历史文献中都有记载,且表现为大范围的干旱事件,通过比较研究发现,4次极端事件的发生与2009-2010年西南大旱的发生均有着同样的大气环流背景,即太阳活动强度较弱,中东太平洋海温异常升高,表现为El Nino状态,中北太平洋温度负异常,PDO表现为正异常,西太平洋暖池海平面温度负异常,夏季风系统较弱,同时西太平洋副热带高压偏强,位置偏南、偏西,这样的环流背景造成了中国季风区大范围极端干旱事件的发生,这可能对预测阶段事件的发生有一定指导意义。