新疆西风区粉尘沉积研究
摘要
论文通过对新疆塔克拉玛干沙漠南缘崇测冰帽获取的一根18．7m的冰芯和新疆北部伊犁地区、博乐地区、塔城地区获取的地层连续稳定、出露良好的7个黄土剖面的研究，从冰芯资料中获取了近90年的尘埃通量和冰芯物质积累量等资料；对黄土剖面进行了磁化率、碳酸盐、有机质以及色度等测试分析，对各代表性剖面(ZKT、LL2和BL)进行了粒度测试分析，并采集了测年样(所有剖面采集OSL样，ZKT剖面还采集了部分~(14)C样)，完成了大部分测年工作。
利用这些气候代用指标对短尺度冰芯中粉尘沉积和长尺度北疆黄土进行了研究，初步探讨了塔克拉玛干高空大气环境近百年的变化和北疆末次间冰期以来的环境变化，并对其机制问题进行了初步探讨。论文的主要结论如下：
1整个上个世纪崇测冰芯中的尘埃含量总体趋于下降趋势，与低海拔气象站的对比发现，冰芯中尘埃记录与和田地区为代表的塔克拉玛干春季沙尘暴相一致，其周期关系都存在22a的周期，在年际周期尺度上相近，但冰芯中尘埃记录有11a周期，和田地区春季沙尘暴有5．5a的周期，它们间存在倍数关系，可能是大周期尺度是小周期尺度的叠加造成的，总体来说周期相一致。
2对比冰芯记录和以和田为代表的塔克拉玛干荒漠周边不同海拔对全球气候的变暖趋势进行响应存在差异。其差异最为突出的表现是低海拔和田地区降水量与高海拔崇测冰芯中的物质积累量的变化趋势相反。塔克拉玛干荒漠周边高海拔地区崇测冰芯中尘埃记录与积累量同时减少。通过分析，发现两者存在主要尺度上存在很高的正相关，在机理上讲尘埃记录与积累量是有关系的，在崇测冰帽上的尘埃主要通过降水沉降到冰川上，尘埃在降水过程中充当凝结核，以湿沉积的方式沉降，所以尘埃记录与积累量相一致。
3通过研究机制发现：塔克拉玛干荒漠周边低海拔降水增加，导致植被增加和土壤含水量增加，从这两方面阻碍了沙尘暴的发生；随着沙尘暴减少，加上空气湿度大和降水增多对空气的洗涤，使能上升到六七千米以上高空的尘埃更少；高空尘埃的减少造成高空凝结核的减少，进而造成云量的减少，降水的减少，从而导致冰川物质平衡下降；同时云量的减少导致太阳辐射增加，冰川表面气温增加也导致物质平衡下降。从上述分析来看，沙尘在气候变化的作用，在低海拔地区是被动的，受气候影响；在高海拔地区变为主动，成为引起气候变化的诱因。沙尘是内陆干旱区高海拔地区在对全球变化响应的关键因子。
4利用北疆典型黄土剖面ZKT和LL2，重建了末次冰期以来北疆地区的环境演变，其中利用＜2μm含量来代表降水变化，利用＞63μm含量来代表尘暴变化特征，＜10μm含量来代表西风环流强度；并结合碳酸钙、有机质含量及色度指标，发现末次间冰期以来北疆地区表现为寒冷的冰期和冰段偏湿，西风环流增强，控制区域位置偏南；温暖的间冰期和间冰段偏干，西风环流减弱，西风控制区域位置偏北。
5新疆北部末次间冰期以来的古气候特点表明，与黄土高原、青藏高原和极地北大西洋地区相比，冷、暖变化是一致的，研究区的气候变化受全球变化的控制，但干湿变化表现了其区域特点，与黄土高原相反。
By using an 18.7m ice core retrieved form Middle West Kunlun Mountain inSouth Xinjiang, we reconstructed the dust flux and snow accumulation rate of near 90years of last century, and the dust deposition characteristic in the ice core is gotten.We also sampled 7 loess profiles in North Xinjiang; they are respectively ZKT, XYZ,XYZ+ and XY section in Yili region; BL section in Bole region; LL1 and LL2 inTacheng region. By using the loess samples, we reconstructed the environmentalchange of North Xinjiang since the last interglacial period.
The ice core provides us an opportunity to comparative analysis the weatherstation of low altitude surrounding Taklimakan Desert represented by Hotan and theclimatic proxy of high altitude surrounding Taklimakan Desert represented byChongce Ice-core. Wavelet analysis were used to investigate the climatic variations ofpatterns, cycles and frequencies of different altitudes from 1954 to 1992, and differentresponses of different altitude surrounding Taklimakan Desert to global warming weregot: Coherent decline of snow accumulation rate and dust deposition of high altituderecorded in Chongce ice core; Coherent increase of summer half-year precipitationand SAT(surface air temperature) of Hotan; Consistent variation tendency betweendust deposit recorded in Chongce ice core and Hotan spring sandstorm days; Oppositevariation tendency between Hotan precipitation and Chongce ice core snowaccumulation rate and consistent cycles in general.
By analyzing the mechanism of different response, determined the predominantfactors of different altitudes: At the low altitude, the vapor supply is predominant, andmore vapor supplying means more precipitation; At the high altitude, probably thepopulation of dust aerosol which act as cloud ice nuclei in high altitude atmospheretakes advantage over the vapor supply to affect the precipitation, and the dust aerosolpopulation reducing result in the wet deposition reducing, thus the dust aerosol is thepredominant factor.
By using the typical loess profiles ZKT and LL2, we reconstructed theenvironmental evolution of North Xinjiang since the last glacial period. We used the＜2μm grain size content to reflect the precipitation variations;＞63μm grain sizecontent to reflect the sandstorm variations;＜10μm grain size content to reflect thestrength of the westerlies. Although the change characteristics are different in detail,the overall changing trends are consistent. Combined with the TOC, CaCO3 content,magnetism characteristic and the Chromaticity; we found the North Xinjiangenvironment present a warm-dry characteristic in inter-glacial period and stages, and a cold-wet characteristic in glacial period and stages, since last inter-glacial period.
Compared with the Loess Plateau, Tibetan Plateau, Polar region and the NorthAtlantic region since last inter-glacial period, the paleoclimatic characteristics show aconsistent variation trend in the cold-warm, i.e. the temperature variation is controlledby the global change; but the wet-dry variations are different, show a regionalcharacteristic, opposite to the Loess Plateau.
利用这些气候代用指标对短尺度冰芯中粉尘沉积和长尺度北疆黄土进行了研究，初步探讨了塔克拉玛干高空大气环境近百年的变化和北疆末次间冰期以来的环境变化，并对其机制问题进行了初步探讨。论文的主要结论如下：
1整个上个世纪崇测冰芯中的尘埃含量总体趋于下降趋势，与低海拔气象站的对比发现，冰芯中尘埃记录与和田地区为代表的塔克拉玛干春季沙尘暴相一致，其周期关系都存在22a的周期，在年际周期尺度上相近，但冰芯中尘埃记录有11a周期，和田地区春季沙尘暴有5．5a的周期，它们间存在倍数关系，可能是大周期尺度是小周期尺度的叠加造成的，总体来说周期相一致。
2对比冰芯记录和以和田为代表的塔克拉玛干荒漠周边不同海拔对全球气候的变暖趋势进行响应存在差异。其差异最为突出的表现是低海拔和田地区降水量与高海拔崇测冰芯中的物质积累量的变化趋势相反。塔克拉玛干荒漠周边高海拔地区崇测冰芯中尘埃记录与积累量同时减少。通过分析，发现两者存在主要尺度上存在很高的正相关，在机理上讲尘埃记录与积累量是有关系的，在崇测冰帽上的尘埃主要通过降水沉降到冰川上，尘埃在降水过程中充当凝结核，以湿沉积的方式沉降，所以尘埃记录与积累量相一致。
3通过研究机制发现：塔克拉玛干荒漠周边低海拔降水增加，导致植被增加和土壤含水量增加，从这两方面阻碍了沙尘暴的发生；随着沙尘暴减少，加上空气湿度大和降水增多对空气的洗涤，使能上升到六七千米以上高空的尘埃更少；高空尘埃的减少造成高空凝结核的减少，进而造成云量的减少，降水的减少，从而导致冰川物质平衡下降；同时云量的减少导致太阳辐射增加，冰川表面气温增加也导致物质平衡下降。从上述分析来看，沙尘在气候变化的作用，在低海拔地区是被动的，受气候影响；在高海拔地区变为主动，成为引起气候变化的诱因。沙尘是内陆干旱区高海拔地区在对全球变化响应的关键因子。
4利用北疆典型黄土剖面ZKT和LL2，重建了末次冰期以来北疆地区的环境演变，其中利用＜2μm含量来代表降水变化，利用＞63μm含量来代表尘暴变化特征，＜10μm含量来代表西风环流强度；并结合碳酸钙、有机质含量及色度指标，发现末次间冰期以来北疆地区表现为寒冷的冰期和冰段偏湿，西风环流增强，控制区域位置偏南；温暖的间冰期和间冰段偏干，西风环流减弱，西风控制区域位置偏北。
5新疆北部末次间冰期以来的古气候特点表明，与黄土高原、青藏高原和极地北大西洋地区相比，冷、暖变化是一致的，研究区的气候变化受全球变化的控制，但干湿变化表现了其区域特点，与黄土高原相反。
By using an 18.7m ice core retrieved form Middle West Kunlun Mountain inSouth Xinjiang, we reconstructed the dust flux and snow accumulation rate of near 90years of last century, and the dust deposition characteristic in the ice core is gotten.We also sampled 7 loess profiles in North Xinjiang; they are respectively ZKT, XYZ,XYZ+ and XY section in Yili region; BL section in Bole region; LL1 and LL2 inTacheng region. By using the loess samples, we reconstructed the environmentalchange of North Xinjiang since the last interglacial period.
The ice core provides us an opportunity to comparative analysis the weatherstation of low altitude surrounding Taklimakan Desert represented by Hotan and theclimatic proxy of high altitude surrounding Taklimakan Desert represented byChongce Ice-core. Wavelet analysis were used to investigate the climatic variations ofpatterns, cycles and frequencies of different altitudes from 1954 to 1992, and differentresponses of different altitude surrounding Taklimakan Desert to global warming weregot: Coherent decline of snow accumulation rate and dust deposition of high altituderecorded in Chongce ice core; Coherent increase of summer half-year precipitationand SAT(surface air temperature) of Hotan; Consistent variation tendency betweendust deposit recorded in Chongce ice core and Hotan spring sandstorm days; Oppositevariation tendency between Hotan precipitation and Chongce ice core snowaccumulation rate and consistent cycles in general.
By analyzing the mechanism of different response, determined the predominantfactors of different altitudes: At the low altitude, the vapor supply is predominant, andmore vapor supplying means more precipitation; At the high altitude, probably thepopulation of dust aerosol which act as cloud ice nuclei in high altitude atmospheretakes advantage over the vapor supply to affect the precipitation, and the dust aerosolpopulation reducing result in the wet deposition reducing, thus the dust aerosol is thepredominant factor.
By using the typical loess profiles ZKT and LL2, we reconstructed theenvironmental evolution of North Xinjiang since the last glacial period. We used the＜2μm grain size content to reflect the precipitation variations;＞63μm grain sizecontent to reflect the sandstorm variations;＜10μm grain size content to reflect thestrength of the westerlies. Although the change characteristics are different in detail,the overall changing trends are consistent. Combined with the TOC, CaCO3 content,magnetism characteristic and the Chromaticity; we found the North Xinjiangenvironment present a warm-dry characteristic in inter-glacial period and stages, and a cold-wet characteristic in glacial period and stages, since last inter-glacial period.
Compared with the Loess Plateau, Tibetan Plateau, Polar region and the NorthAtlantic region since last inter-glacial period, the paleoclimatic characteristics show aconsistent variation trend in the cold-warm, i.e. the temperature variation is controlledby the global change; but the wet-dry variations are different, show a regionalcharacteristic, opposite to the Loess Plateau.
引文
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