丁仲礼古气候学

古气候学,第一讲气候变化与古气候学,（七个方面）,七、本课程安排,1、气候变化与古气候2、古气候变化记录重建方法3、第四纪气候变化记录（深海与冰芯）4、古气候变化原因（一）5、古气候变化原因（二）,一、古气候学（paleoclimatology)定义,古气候学主要研究“器测时期”之前的气候变化历史、过程及原因，其目的为预测今后气候变化及解决有关资源、环境问题服务。,几点解释,2、器测时期,1、天气与气候,3、地史时期,4、水的三相平衡点,5、snowball、大气圈演变,6、古气候学是气候学与地质学的交叉,7、与气候变化有关的资源环境问题,8、globalchange,globalwarming,9、气候变化预测,第四纪的相对长度,几点解释,2、器测时期,1、天气与气候,3、地史时期,4、水的三相平衡点,5、snowball、大气圈演变,6、古气候学是气候学与地质学的交叉,7、与气候变化有关的资源环境问题,8、globalchange,globalwarming,9、气候变化预测,几点解释,2、器测时期,1、天气与气候,3、地史时期,4、水的三相平衡点,5、snowball、大气圈演变,6、古气候学是气候学与地质学的交叉,7、与气候变化有关的资源环境问题,8、globalchange,globalwarming,9、气候变化预测,snowballEarth（雪球）,聚集在赤道附近的Rodinia超大陆开始裂解陆地硅酸盐风化加剧，消耗大量大气圈CO2，转移到海洋成碳酸盐沉淀。气温下降，两极冰盖向中纬度扩展，日照返射增加。,CO2下降和日照返射率双重因素使冰盖推进到30纬度，迅速形成“雪球”，即大洋也全冰冻。冰平均厚达1km，温度降至-50以下。生物只能在局部海底热泉处存活。大气-海洋之间物质交换被切断，大陆没有化学风化，海洋没有碳酸盐岩沉淀。,海底火山和洋中脊仍不断喷出CO2，在冰下积累。持续大约10Ma的热液和火山活动，CO2积累到正常大气的1000倍，由于冰裂或构造-岩浆活动CO2释放至大气，迅速转变为极端“温室”效应。冰川迅速退却，气候快速转变。,大陆岩石风化带入海洋大量碱金属离子与溶解的CO2形成帽碳酸盐，消耗大气中CO2含量。气温从最高的50下降。生物经过冰期的筛选、变异，又经历繁衍。,新生代大气CO2浓度变化的海洋氧同位素记录,地质时期重大气候变化事件往往与岩石圈和大气圈的变化相伴随,几点解释,2、器测时期,1、天气与气候,3、地史时期,4、水的三相平衡点,5、snowball、大气圈演变,6、古气候学是气候学与地质学的交叉,7、与气候变化有关的资源环境问题,8、globalchange,globalwarming,9、气候变化预测,1860年来全球平均气温变化,几个时间尺度的大气二氧化碳浓度变化,几点解释,2、器测时期,1、天气与气候,3、地史时期,4、水的三相平衡点,5、snowball、大气圈演变,6、古气候学是气候学与地质学的交叉,7、与气候变化有关的资源环境问题,8、globalchange,globalwarming,9、气候变化预测,到2100年气温推测图,二、如何做古气候研究,第一步,选择一个问题,第二步,取得研究材料,北京石花洞石笋LS9602TIMS-U-Th定年及年层确定,2800,2400,2000,1600,1200,800,400,0,1000,800,600,400,200,0,L,S,9,6,0,2,Calendarage(yearbefore1996),年层厚度（微米）,1996,1496,996,日历年代（公元年）,StalagmiteandHigh-resolutionClimaterecord,DrillinginalakeintheInnerMongolia,湖泊钻探,湖泊钻孔取芯,Holocenesectorinthecores,湖泊岩心图,Warvesinmaarlakes,第三步,从地质记录中提取气候变化信息（代用指标）,对沉积物定年,第四步,建立气候变化时间序列,第五步,分析（描述）气候变化历史：,变化周期(periodicity)变化幅度(amplitude)变化速率(variability)变化趋势(tendency)特殊事件(events)相位关系(phasing)区域与全球对比（correlation)等,（第六步）,空间上变化特点,（在重建时间序列的基础上完成）,第七步,探讨气候变化原因与机制,动力因素动力过程,第八步,预测气候变化趋势,时间序列空间格局动力机制变化趋势,三、气候系统的基本概念,气候系统由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冰冻圈共同组成，气候是这些子系统相互作用的终极产物。气候系统运动的能量主要来自太阳。,地球轨道三要素,大气在高低压之间的运动,地球大气环流型式,全球大气环流与地面风场,海洋表层流（风驱环流）,全球大洋传送带示意图（密度流）,全球二氧化碳循环,大陆漂移示意图,四、气候系统的能量平衡,五、古气候变化的尺度与幅度问题,古气候变化三个时间尺度,前二者表现为波动性，后者表现为不可逆性,1、亚轨道尺度（sub-orbitaltimescales,101103年)太阳活动(solaractivity)等驱动,2、轨道尺度(orbital-scale)日照(insolation)季节、纬度配置变化驱动,3、构造尺度(tectonical-scale)岩石圈构造变化驱动,不同时间尺度的气候变化记录,蓝田黄土红粘土序列,气候变化幅度可以末次盛冰期（21000年）为例说明最大的变化是冰盖扩张,末次冰盛期(21ka)与现代北半球高纬冰盖分布,南极末次盛冰期冰盖与现代对比,冰盖的范围,1、现代陆地冰雪覆盖面积：1500万平方公里（10%）LGM时：4000万平方公里（1/3）2、LGM时，北半球冰盖：加拿大大部（HudsonBay,CanadianRockies)美国北部，最南端达38度南北欧、英伦三岛、丹麦、德国北部、波兰等3、LGM冰盖增长主要在北半球4、冰盖厚度在2-3公里,1、海平面下降约120m2、全球温度下降5-10度（赤道：2-5度；极地：15度以上）3、全球总体降水量减少：10-30%4、SST降低5、沙漠扩大6、气候带南移7、动、植物南迁,1、海平面下降约120m2、全球温度下降5-10度（赤道：2-5度；极地：15度以上）3、全球总体降水量减少：10-30%4、SST降低5、沙漠扩大6、气候带南移7、动、植物南迁,海面温度分布图,1、海平面下降约120m2、全球温度下降5-10度（赤道：2-5度；极地：15度以上）3、全球总体降水量减少：10-30%4、SST降低5、沙漠扩大6、气候带南移7、动、植物南迁,撒哈拉沙漠南界的移动,1、海平面下降约120m2、全球温度下降5-10度（赤道：2-5度；极地：15度以上）3、全球总体降水量减少：10-30%4、SST降低5、沙漠扩大6、气候带南移7、动、植物南迁,大气二氧化碳、甲烷降低,16万年来大气二氧化碳变化的冰芯记录,全新世的气候波动与不稳定性,全新世气候事件,六、第四纪时期,1、两条不同的底界,2、不同划分方案,3、气候变化的主要特点波动性,蓝田黄土红粘土序列,渭南