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第23卷??第1期

2003年1月

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第??四??纪??研??究QUATERNARY??SCIENCES

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Vol.23,No.1January,2003

40~30kaB.P.中国暖湿气候和海侵的

*

特征与成因探讨

施雅风

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??于??革

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(??中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州??730000;??中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京??210008)

摘要????40~30kaB.P.相当于末次冰期(75~10kaB.P.)中的大间冰阶或海洋氧同位素第3阶段的晚期(MIS3a),已有测年记录的冰芯、湖泊沉积、孢粉与古生物、黄土与沙漠地区古土壤、石灰岩洞穴中石笋、古河道沉积、滨海地区海相沉积等7种记录指示我国各区域的湿润程度即降水量高于现代,青藏高原和西北地区尤为显著。西部和华南地区的温度明显高于现代,但较多的孢粉研究者认为东北、华北和长江流域的温度略低于现代。降水量的增加对内陆水系的合并和外流的黄河和长江流域等产生重大影响。渤海西侧、长江三角洲南北与珠江三角洲南部出现重大海侵,当时海平面高度仅低于现代海平面8~10m。当时暖湿气候与海侵的主要动力是岁差周期导致的中、低纬度太阳高辐射所提供的热力促使冰盖消融萎缩,海洋扩涨,青藏高原热低压增强,吸引季风降水,中、低纬度区海洋加热蒸发,增强夏季风与西风环流的水汽含量导致我国全境暖湿。高分辨率的西昆仑山古里雅冰芯记录和南京汤山洞穴石笋记录表明气候有许多百年级高频振荡波动,不是稳定暖湿,要作更深入研究才能说明其表现和影响。

主题词????MIS3a??暖湿气候??海侵??中、低纬度太阳高辐射??夏季风与西风环流增强

1??引言

40~30kaB.P.相当于末次冰期(75~10kaB.P.)中的大间冰阶(megainterstadial)或海洋氧同位素第3阶段的晚期(MIS3a)。传统观念认为此时段的温度高于前(MIS4)后(MSI2)冰阶,但仍在冰期范围内,从对青藏高原研究开始,发现该时段的气候和环境已达到间

[1~3]

冰期程度,气温、降水甚至高于现代,本文旨在扩大范围,初步阐明该时段中国气候与环境的特征和原因,可为全球变暖的未来情景提供新的古相似参照。

研究资料主要引用已发表的冰芯、湖泊沉积、孢粉与古生物、黄土与沙漠地区古土壤、石灰岩洞穴中石笋、古河道沉积、滨海地区海洋沉积等7种记录,其分布如图1所示。但各种记录分布不均,分辨率和反映环境的真实程度差别很大,应谨慎对待。

第一作者简介:施雅风??男??83岁??研究员、中国科学院院士??自然地理学与冰川学专业??E-mail:shi@mail.issas.ac.cn

??*中国科学院知识创新工程项目(批准号:KZCX2-SW-118)和中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目(批准号:CACX2002102)资助

2002-06-01收稿,2002-10-06收修改稿2第????四????纪????研????究????????????????????????2003年

图1??研究区资料点的地理位置和40~30kaB.P.海侵范围

虚线为40~30kaB.P.气候区域范围:??青藏高寒区????西北干旱区????东北-华北半湿润-半干旱区????.长江中下游亚热带区??V.华南南热带区;??点线为40~30kaB.P.海侵范围。资料类型和地点:??

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冰芯:1.古里雅??2.敦德;

湖泊沉积:3.阿克塞钦-甜水海??4.班公错??5.扎布耶盐湖??6.色林错??7.纳木错??8.柴达木??9.青海湖??10.若

孢粉??古生物:3.阿克塞钦-甜水海??4.班公错??5.扎布耶盐湖??8.柴达

尔盖古湖??11.艾丁湖??12.柴窝堡湖??13.玛纳斯湖??14.巴里坤湖??15.古居延海??16.白碱湖??17.萨拉乌苏古湖18.岱海??19.滇池??20.洱海??21.抚仙湖;??

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木??9.青海湖??10.若尔盖古湖??12.柴窝堡湖??13.玛纳斯湖??17.萨拉乌苏古湖??19.滇池??22.雅布赖山断头梁23.哈尔滨西南松嫩沙地??24.定西华家岭??25.华北平原??26.鄱阳湖北侧??27.太湖平原北侧??28.海南岛中南部29.珠江三角洲??30.韩江三角洲??31.西双版纳??32.香港??38.临夏塬堡;??

????

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滨海沉积:28.海南岛中南部??30.韩

??

江三角洲??32.香港??33.黄海35N??,123??E??34.渤海西献县??35.长江三角洲;??河流沉积:25.华北平原??37.长江三峡;??

洞穴石笋:36.南京汤山葫芦洞;

古土壤:38.临夏塬堡??39.渭南阳郭镇??40.洛阳北窑村??41.郑州邙山

Fig.1??Geographicallocationsofsamplesusedinthepresentstudyandtransgressionareasduring40~30kaB.P.

2??青藏高原高温大降水及其水文效应

青藏高原对气候变化最为敏感,西昆仑山海拔6200m处古里雅冰芯曲线与SPECMAP曲线有显著差别,冰芯记录40~30kaB.P.的??O值高达-10??

18

18

[4]

,折算温度高过现代

[5]

4??(图2),柴达木盐湖原生石盐包体水的??O值表明该时段比现代高2??原西南部扎布耶盐湖钻孔孢粉记录

[6]

[2]

,据青藏高

推算36~33kaB.P.比现代高3??~4??,其时青藏高

原上草原??森林界线向北推移400km,向西推移400~800km,高原上有很多内陆湖泊现代为咸水湖或已浓缩为盐湖,当时有测年资料指示的砂砾堤高湖岸高出现代湖面30~280m不等,湖面积大过现代0.5~8.0倍以上,是淡水大湖

[7,8]

。综合几种资料定性推算

那时候降水量比现代增加40%~100%以上。应用J.E.Kutzbach设计的封闭流域古湖泊1期??????????施雅风等:40~30kaB.P.中国暖湿气候和海侵的特征与成因探讨3

水文能量平衡方程

[9]

选择适当参数,对少数湖泊定量计算得到,那时青海湖区降水量

[10]

640mm??a,比现代增加70%;扎布耶-拉果错湖区降水量560mm??a,为现代降水量的3倍;阿克塞钦-甜水海湖区降水量260mm??a,为现代降水量的5倍

。柴达木盆地30kaB.P.

前湖面高出现代50~60m,当时大湖面积至少达到25000km,粗略估算当时流域内平均降水量达370mm??a,和现在气候差别巨大。降水量的丰富使青藏高原上若干分隔的内流水系合并,如色林湖、班戈湖与纳木湖合并为一个水系,使原来限于甘肃境内的黄河和青海境内若尔盖古湖水系于38~35kaB.P.接通,形成现代的黄河上游水系,黄河水量大增。当时青藏高原的大降水主要由特强的西南季风从南半球和印度洋面带来丰沛水汽越过接近现代高度的喜马拉雅山和青藏高原导致的

[1,2]

[11]

[3]

2[7]

。

图2??我国古里雅冰芯氧同位素记录(a)与海洋氧同位素SPECMAP

记录(b)100kaB.P.以来气候旋回对比

(a)中的a、b和c分别为海洋氧同位素第3阶段的晚、中和早3个期

Fig.2??Comparisonofclimaticcyclessince100kaB.P.basedonoxygenisotoperecordsfrom

GuliyaicecoreofChina(a)andonmarineoxygenisotopeSPECMAP(b)records

3??西北荒漠区的湿润化

现代新疆北部和内蒙古西部为季风降水所不及,西风带来的降水量也很少,成为沙漠广布的干旱区。但是吐鲁番盆地内艾丁湖20世纪80年代为面积5km的盐湖,钻孔资料

14

显示C测年24900??1240aB.P.以前为潮湿气候下的粘土、粉砂等淡水碎屑沉积,湖面积至少达251km

2[12]

2

,柴窝堡湖水系也流注该湖

2

[13]

。位于准噶尔盆地中央的玛纳斯湖现代

[14]

为干涸盐湖,1957年湖面积达750km,有玛纳斯河流注入。钻孔资料

13

2

指示AMSC测

14

年32100??750aB.P.和37800??1500aB.P.该湖有较低的??C值(0.67%~0.5%)和水生藻类组合,对应为淡水深湖环境,湖面积可能扩展至8000km以上,如周兴佳所编的古4第????四????纪????研????究????????????????????????2003年

[15]

玛纳斯湖与艾比湖区沙漠分布图则很好地反映了这一状况,也与T.E.Rhodes等

[14]

的

结论一致,显然当时气候远比现代湿润。地貌调查指示,早期玛纳斯湖还受到阿尔泰山河流补给,其西南还可能和天山北麓另一大湖艾比湖连通,32kaB.P.以后湖泊萎缩,但3次出现干旱和湿润交替情况。天山东段山间盆地海拔1575m的巴里坤湖,现代为面积

2

112.5km的咸水湖,有高出湖面40m的湖相沉积阶地,是早于24kaB.P.的湿润期湖泊扩大时所成,钻孔资料还揭示36.7~24.3kaB.P.基本上是深水大湖,以后湖泊变浅,但出现多次深浅和盐度变化的波动,最后一次深水期为4130??116aB.P.

[16,17]

,其湖泊变动反映

2

2

了西风区降水变化不同季风区的特征。著名的古居延海,向北靠近蒙古人民共和国边界,分嘎顺诺尔(西湖)与索古诺尔(东湖)二湖,1958年二湖面积分别达267km与35km,由发源于祁连山的黑河流注,以后完全干涸,湖床龟裂成盐壳,但在高出湖滩22~30m含软体动物的粗砂湖堤指示C测年29400??450aB.P.与34000??1500aB.P.时,湖面扩大为32000km的淡水大湖

14

2

[18]14

。位于古居延海东甘肃民勤县境内由石羊河流注的白碱湖,

2

现在为一片盐滩,有C测年记录33500??1085aB.P.与32445??840aB.P.的湖岸阶地高出湖底22~27m,计算当时湖面积达16200km,更高的湖阶地相对高30m,推算年龄在

2[18],1)

35kaB.P.左右,当时湖面积在20000km以上。以上5个湖泊补给很明显受到天山和祁连山丰沛降水经过河流的补给,但巴丹吉林沙漠中发现31750??485aB.P.厚度超过50cm的钙质胶结层,推测当时年降水量应达到100~300mm,而现代降水量只有50mm左右

[19]

。在东北西南走向海拔1600~2200m的雅布赖山东南侧的断头梁剖面孢粉分析,

发现相当于38~31kaB.P.的孢粉带中针叶树、阔叶树花粉含量基本相等。阔叶树种类繁多,当时森林已下降到雅布赖山区,以森林线下降400~600m计,推算当时温度比今高2??~3??,降水量比现今多250~350mm

[20]

。上述资料所指示当时西风环流影响下,不仅天

山、祁连山的降水而且两山以北的低山和沙漠地区的降水都有较大幅度的增加,温度也高于现代。现代祁连山东段及其北侧沙漠区已受到季风降水影响,30kaB.P.前季风降水向西北深入,和西风气流交绥,增加降水,对大湖形成和森林扩展发挥作用。

4??北方半干旱区、半湿润区湿润程度的增加

现代内蒙古中东部草原和沙漠区一直伸展到东北西部沙区,加上黄土高原和华北平原半湿润区,为缺水多旱灾地带,而40~30kaB.P.地质记录表明当时比现代湿润得多。

14

伊克昭盟南缘萨拉乌苏现代风沙覆盖区,发现C测年在30240??1220aB.P.~28120??1100aB.P.期间的湖相沉积,所含花粉指示植被为以针叶林为主的森林草原,所含木本植被花粉占88%,显然当时气温较高,估计当时靖边榆林一带年降水量达700mm,远高于现代的300~400mm。内蒙古东南部接近山西的岱海封闭湖,接近40~30kaB.P.期间,

2

湖泊水位曾高于现代20m,湖面积比1986年时增大174km,显然当时降水量远大于现代,估算年增量在150mm左右,但水位变化剧烈,夹于上下湖相层中C测年为37935??2365aB.P.的古土壤层,反映湖水位曾一度急剧下降

[23]

14

[21,22]

。哈尔滨西南松花江与嫩江间沙

地,通过现代表土花粉与降水关系建立转换函数,推测末次冰期间冰阶哈尔滨附近年降水

1)张虎才,马玉贞,彭金兰等.距今42~18ka腾格里沙漠古湖泊与古环境.中国科学,2002