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中亚黄土揭示末次冰期以来中纬度西风在轨道与

文章作者:产品测评 上传时间:2019-12-12

以上研究成果近日在Journal of geophysical Research: Atmospheres上以“A high-resolution atmospheric dust record for 1810-2004 AD derived from an ice core in eastern Tien Shan, Central Asia”在线发表(论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JD026699/full)。该篇论文的第一作者为地理与海洋科学学院16级博士生张王滨,通讯作者为地理与海洋科学学院侯书贵教授,参加这一研究工作的还有地理与海洋科学学院庞洪喜教授和王超敏博士、中国科学院西北生态资源环境研究院的刘亚平工程师、美国代顿大学的吴霜叶副教授以及中国科学院地质与地球物理研究所的安文玲博士。本研究得到了国家自然科学基金(41330526和41711530148)和中国科学院战略性先导专项B(XDB03030101-4)等项目的资助。

图1 塔城黄土粒度指标与格陵兰冰芯、北大西洋AMOC和海冰记录,地中海地区石笋的对比. 天蓝色的横条表示6次H事件

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西风作为全球尺度大气环流的主要组成部分,对动量、热能和水汽的搬运和分布具有重要作用,极大地影响着全球气候。尤其是在中纬度地区,西风激流的位置和强度在重塑降雨模式方面发挥了巨大的作用。然而,目前对中纬度西风的演化历史及其对该地区气候变化的驱动机制仍缺乏深刻的理解。

粉尘作为大气气溶胶的重要组成成分, 对地球的气候系统、生物地球化学循环、水循环以及人类健康均有重要影响。中亚的干旱半干旱区以其广阔的面积以及所提供的巨大的粉尘量(仅中国西北地区每年向大气输送的粉尘量就达800 Tg ),成为全球变化研究的关键区域之一。我国西北部的天山山脉东段由广大的粉尘源区围绕,西南面有塔里木盆地中的塔克拉玛干沙漠,南面有柴达木盆地沙漠,北面有准噶尔盆地中的古尔班通古特沙漠,东面有戈壁沙漠和巴丹吉林沙漠,西面有穆云库姆沙漠和萨雷-伊施科特劳沙漠。因此,沉降在东天山山地冰川积雪中的不溶微粒可以直接反映大气中的粉尘信息。

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67777.com,(地理与海洋科学学院 科学技术处)

为了更进一步研究千年与轨道时间尺度上中纬度西风变化的驱动机制,研究组运用TraCE-21ka 瞬态模拟淡水强迫模拟实验,分析了千年尺度冷事件H1和暖事件B?lling–Aller?d 时期中纬度西风对AMOC的响应。模拟结果显示AMOC的减弱引起了北大西洋海表温度的降低和春冬季海冰向南的扩张,导致了北大西洋高纬地区温度显著降低,经向温度梯度的增加以及中纬度高压异常与极区的低压异常。这样的结果最终导致了500 hPa西风的向北移动。在轨道尺度上,通过LOVECLIM和 CCSM3模型设置两组不同岁差状态下的敏感实验,研究组发现岁差引起的冬季太阳辐射变化导致了中高纬度温度梯度的改变,较大的温度梯度造成了较大的气压梯度,从而使得西风北移。因此,地质记录与模式模拟结果表明了AMOC和岁差引起的太阳辐射的变化通过改变径向温度和压力梯度分别对千年和轨道尺度上的西风纬度位置移动起到重要影响。

南京大学地理与海洋科学学院侯书贵教授课题组,通过东天山地区一支长度为57.6m的浅冰芯重建了过去200年以来中亚粉尘源区的大气粉尘载荷状况。这是中亚地区迄今为止少有的高分辨率的长时间序列冰芯粉尘记录。本文主要取得以下认识:1)自1810年以来,中亚大气粉尘载荷存在3个低值期(1810-1829,1863-1940,1979-2004)以及2个高值期(1830-1862,1941-1978);2)在过去的200年中,大尺度大气环流模式北大西洋涛动可能是中亚大气粉尘释放的关键驱动因子;3)影响中亚地区大气粉尘载荷的区域气候因子包括降水、春季土壤湿度以及春季近地面风速。本研究对于认识我国西北部沙尘活动历史及其未来变化趋势研究具有重要意义。

67777.com 3 图2 冬季500hPa高空H1冷期和BA暖期时风速和温度的差值.

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