东亚季风与非季风区冰期间冰期黄土大气沉积动力环境与粉尘气候效应

第四纪古气候波动受高纬过程和低纬过程的共同驱动，东亚冬夏季风蕴含了来自高低纬驱动的周期信号。本项目试图根据大气沉积动力学原理，充分发掘黄土沉积中蕴含的大气环境信息，定量半定量地提取粉尘搬运距离、风力强度、大气湍流强度、布朗扩散强度等大气动力环境信息，研究东亚季风区黄土大气沉积动力环境在冰期间冰期旋回尺度上的波动规律，探讨大气动力环境参数的周期特征，甄别可能的高、低纬驱动信号，分析与之有关的季风系统和/或西风环流系统间的动力学联系；研究极端冷、暖时期里粉尘搬运距离、风力强度等风场特征，探讨极端冷期和极端暖期的驱动机制；研究不同黄土区末次冰期以来大气沉积动力环境的共同特征，探讨可能的岁差和千年尺度周期波动，分析其共同驱动机制；对比季风区和西风区黄土大气沉积动力环境特点，查找西风环流传带北大西洋信号到东亚的证据；分析季风区和西风区粉尘气溶胶的气候效应及其与高低纬驱动的关系。

课题目标是研究东亚季风区大气动力环境的冰期间冰期尺度波动规律，甄别高、低纬驱动信号，探讨动力学机制；研究不同黄土区、极端冷暖期的风场特征和驱动机制。为此分别在东亚季风区的半干旱区黄土高原、东北科尔沁沙地、半湿润区淮河流域、青藏高原季风区青海、以及西风带天山北麓等地的黄土作为研究对象，取得了以下主要成果：（1）针对第四纪轨道尺度的两大重大科学问题中更新世革命（MPT）和晚更新世锯齿状冰期终结期的成因开展了研究，从西峰、白草原两个黄土剖面中提取了风力强度和源区距离两个冬夏季风指标，发现东亚冬夏季风在~950ka从同步波动转变成不同步波动，确定了MPT的准确时间点，证实了MPT前后经向环流发生了重大变化，MPT以后冬夏季风的不同步波动则导致了气候周期延长，而冬夏季风之间的热量平衡很大程度上决定了北极冰盖的规模，由此提出青藏高原隆升导致了中更新世革命，而东亚冬夏季风的热量平衡崩溃是形成锯齿状冰期终结期主要原因之一。（2）对黄河上游高原季风区5个全新世黄土剖面的研究，发现拉脊山东南段是亚洲冬季风和高原冬季风系统的重要分隔线，全新世时期西南季风是影响共和-循化地区的主要夏季风系统，高原冬季风则是影响该区的主要冬季风，而官厅盆地则主要受亚洲冬季风的影响。全新世时期青藏高原东北缘共和-官亭地区的全新世可划分为6个阶段。（3）对东部半湿润区淮河流域全新世气候的研究发现，该区与北方干旱半干旱区的湿度变化总体互为消长。全新世适宜期在北方粉尘源区是大约4～7ka BP，而淮河流域则是1.7～3.8ka BP。大约2kaBP以来形成的黄土层是因粉尘源区扩展所致，并非因冬季风加强。淮河流域全新世时期冬季风强度持续减弱，有效湿度持续增加，这是由于印度季风减弱、西太平洋副高西伸增强造成江淮地区梅雨加强、同时淮河地区冬季风减弱致使梅雨带北移的共同作用所造成的。（4）对东北科尔沁沙地的研究发现，3.9kaBP以前，人类对自然环境依赖程度较高，活动强度取决于自然条件。在全新世大暖期，5kaBP的小幅降温事件就造成了红山文化迅速衰退。0.9-3.2kaBP人类对环境适应能力加强，直到3.2k aBP气候极度恶化才造成夏家店下层农业文化被上层游牧文化取代。2.8-2.6kaBP期间，夏季风增强，但仍以夏家店上层畜牧文化为主，说明文化主导了生活方式，自然环境对人类文化发展的影响已不显著。