气候变化研究进展审稿周期_气候与环境研究投稿周期

1.气象与环境研究的刊物简介

2.大气科学，大气科学进展，高原气象，气候与环境研究，气象学报，这几个期刊哪个好？

3.地球物理与环境地质调查

4.自然驱动力因素及周期分析

5.深海岩心热释光与古气候研究

(一)环境及其分类

1.环境含义

环境是指以人为中心的周围事物。1989年12月26日公布的《中华人民共和国环境保护法》明确规定:“本法所称环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”

2.环境分类

环境可分为天然环境和人工环境两类。

天然环境是直接或间接影响人类生活、生产的生物有机体、无机体(大气、海洋、岩石、水、土壤等)。

人工环境是由于人类活动而形成的各种事物。它包括由人工形成的物质、能量和精神产品,以及人类活动中所形成的人间关系。这种活动正是人类区别于动物之处。如:动植物的培育与驯化、人工森林、绿化草地、住房、城市、交通工具、工厂、场所等。

(二)环境问题及其分类

1.环境问题

环境问题指由于自然和人类活动使环境发生的不利于人类的变化。

2.环境问题分类

环境问题可分为两类。第一类是因工农业生产和人类生活向环境排放过量污染物质而造成环境污染;第二类是人们不合理地开发利用资源、破坏自然生态,而产生的生态效应。这两类环境问题往往是同时存在,但在局部地区表现上可能以某一类环境问题为主。

目前,国际社会最为关注,同时对人类生产、生活影响较大的几个环境问题有:人口、资源、生态破坏和环境污染等问题。

(1)水体污染

水是人类和一切生物赖以生存的物质基础,与人类的关系最密切,并且具有经济利用价值。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展,水资源的消耗量越来越大,世界用水量每年以3%～5%的速率递增。目前,世界上有43个国家和地区缺水,占全球陆地面积的60%。约有20亿人用水紧张,10亿人得不到良好的饮用水。

除了自然条件影响以外,水体污染破坏了水资源是造成水资源危机的重要原因之一。水体污染是指进入水体的有害物质超过了水体的自净能力,使水体的生态平衡遭到破坏。目前全世界每年约有超过4200×108m3的污水排入江河湖海,污染了5500×108m3的淡水,约占全球径流量的14%以上。估计今后30年内,全世界污水量将增加14倍。特别是第三世界国家,污水、废水基本不经处理即排入水体更为严重,造成世界的一些地区有水但严重缺乏可用水的现象。水资源短缺已成为许多国家经济发展的障碍,成为全世界普遍关注的问题。当前,水资源正面临着水资源短缺和用水量持续增长的双重矛盾。正如联合国早在1977年所发出的警告:“水不久将成为一项严重的社会危机,石油危机之后的下一个危机是水。”

(2)大气污染

大气是多种气体的混合物,按其组成类型分为恒定、可变和不定组分。大气的恒定成分是指大气中的N2、O2、Ar及微量的Ne、He、Kr、Xe等稀有气体,其中N、O、Ar三种组分共占大气总量(体积)的99.96%。可变组分是大气中的CO2和水蒸气等,这些气体的含量是受地区、季节、气象以及人类生活、生产活动等因素的影响而有所变化的。不定组分是自然界和人类活动两方面产生的。自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾害所产生的尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、碳氧化物及恶臭气体等进入大气中,人类社会的活动、交通、工农业生产排放的废气也进入大气中,使得干净的大气中出现组成成分没有的物质或者是一些组分的浓度超过正常的大气含量,对人们的生活、工作、健康、精神状态、设备财产以及生态环境等产生恶劣影响和破坏,称之为大气污染。

大气污染已成为严重的环境问题。据不完全统计,全球大气每年遭受到超过7×108t多种有害物质的污染,在主要的7种有害物的污染中,颗粒物约占15%,SO2约占22%,CO约占40%,NO2约占8%,碳氧化物约占14%,H2S和NH3约占1%。目前大气污染所造成的全球性环境问题,包括温室效应、酸雨、臭氧层破坏等,引起人们的普遍关注。

1)酸雨。酸雨是指pH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水(如雨、雾、露、雹等),是一种大气污染现象。由于人为向大气中排放SO2和NO2等酸性物质,使得雨水pH值降低,当pH值低于5.6时,便发生了酸雨。大气中不同的酸性物质所形成的各类酸,都对酸雨的形成起作用,但它们作用的贡献不同,一般说来,对形成酸雨的作用,硫酸占60%～70%,硝酸占30%,盐酸占5%,有机酸占2%。所以,人为排放的SO2和NO2是形成酸雨的两种主要物质。酸雨的危害主要是破坏森林生态系统,改变土壤性质与结构,破坏水生生态系统,腐蚀建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。当酸雨降到地面后,导致水质恶化,各种水生动植物都会受到死亡的威胁。植物叶片和根部吸收了大量的酸性物质后,引起枯萎死亡。酸雨进入土壤后,使土壤肥力减弱。人类长期生活在酸雨中,饮用酸性的水质,都会引发呼吸器官、肾病和癌症等一系列疾病。酸雨的危害比较普遍,酸雨问题已不仅被视为区域性环境污染问题,而且有时也被列入全球性环境问题。1998年,中国降水年均pH值低于5.6的城市占统计城市数的52.8%,73.03%的南方城市降水年均pH值低于5.6,降水pH值低于4.5的城市有株洲、益阳、韶关、清远、南昌、鹰潭和长沙等。北方城市中的图们、青岛、西安和铜川降水年均pH值低于5.6。

2)温室效应。由于近地面空气中水蒸气与CO2的增加,加大了对地面长波辐射的吸收,从而导致在地面与大气之间形成一个绝热层,使近地面的热量得以保持,这种造成全球气温升高的现象称为温室效应。能导致温室效应的气体称为温室气体。温室效应分为自然温室效应和人为温室效应。由自然因素导致的温室效应称为自然温室效应,由于人类大量使用化工燃料,工业高度发展,砍伐森林等原因,破坏自然热平衡,而引起气候变暖称人为温室效应。通常温室效应是指后者,又称地球变暖。经研究发现,目前大气中能产生温室效应的气体约有30种,其中CO2对温室效应的贡献大约为66%,CH4为16%,CFCs为12%,由此可见CO2是造成温室效应的最重要的气体。联合国组织的政府间气候变化专业委员会(IPCC)在1990年气候变化第一次评估报告中指出,过去100多年中,全球平均地面温度上升了0.3～0.6℃。英国对全球2000多个陆地观测站的大约1×108个数据以及6000×104个海洋观测数据的分析结果表明;1981～1990年全球平均气温比100年前的1861～1880年上升了0.48℃。100年来地球上的冰川大部分后退,海平面上升了14～25cm。据预测,到21世纪中叶,世界能源消费的总格局不会发生根本性变化,人类将继续以矿物燃料作为主要能源,而且对能源的需求还将增加。据推测,21世纪中叶全球人口将达90亿左右,大气中CO2的体积分数将在560×10-6以上,地球温度将以每10年增加0.3℃的速度上升,全球平均海平面每10年将升高6cm。在世界范围内影响区域可达500×104km2,占全球土地面积3%,将使10亿人的生存受到威胁。

3)臭氧层空洞。臭氧(O3)是空气中的痕量气体组分。据估计,若将自地球表面至60km高处的所有臭氧皆集中在地球表面上,也仅有3mm厚,总质量为30×108t左右。空气中的臭氧主要集中在平流层中,并形成臭氧层,其距地面20～30km。臭氧层在保护生态环境方面起着十分重要的作用。它具有强烈吸收紫外线的功能,是太阳辐射的一种过滤器。臭氧对紫外线的总吸收率为70%～90%。所以臭氧可保护地球上所有的生物与人类免遭紫外线的伤害。由于人类活动使臭氧层遭到破坏而变薄使臭氧层损耗,即所谓“臭氧层空洞”。20世纪70年代初,美国环境科学家最先观察到臭氧层受损。1985年,英国科学家证实南极上空的臭氧层出现“空洞”,即臭氧层被破坏,变得稀薄。到1994年,南极上空的臭氧层破坏面积已经达2400×104km2。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的,可是在20世纪一个世纪里就被破坏了60%;北半球上空的臭氧层比以往任何时候都薄;欧洲和北美洲的臭氧层平均减少了10%～15%;西伯利亚减少35%。臭氧层破坏造成的严重后果有:①危害人体健康,使晒斑、角膜炎、皮肤癌、免疫系统等疾病增加。据UNEP1986年报道,若臭氧总量减少1%,皮肤癌变率将增加4%,扁平细胞癌变率增加6%,白内障患者增加0.2%～0.6%。②破坏生态系统、影响植物光合作用,导致农作物减产。紫外线还导致某些生物物种突变,实验表明,人工照射280～320nm紫外线后使200种植物中的2/3受损。若空气中臭氧减少10%,将使许多水生生物变畸率增加18%,浮游植物光合作用减少5%。③过量紫外线照射,将使塑料、高分子材料容易老化和分解。

(3)土壤污染

土壤污染是指人们在生产和生活中产生的废弃物进入土壤,当其数量超过土壤的自净能力时,土壤即受到了污染,从而影响植物的正常生长和发育,以致造成有害物质在植物体内的积累,使作物的产量和质量下降,最终影响人体健康。利用工业废水和城市污水进行灌溉,堆放废渣和固体废物,施用大量化肥和农药,都有可能使土壤遭到污染。

(4)生态环境恶化

全球性的生态环境恶化问题,从广义讲,包括人口、粮食、资源的矛盾;从环境角度看主要包括森林减少、土地退化、水土流失、沙漠化、物种消失等多个方面。

土地退化是当代最为严重的生态环境问题之一,它正在削弱人类赖以生存和发展的基础。土地退化的根本原因在于人口增长、农业生产规模扩大和强度增加、过度放牧以及人为破坏植被,从而导致水土流失、沙漠化、土地贫瘠化和土地盐碱化。

水土流失是当今世界上一个普遍存在的生态环境问题。据最新估计,全世界现有水土流失面积2500×104km2,占全球陆地面积的16.8%,每年流失高达257×108t,高出世界土壤再造速度数倍。全世界每年损失土地600×104～700×104km2,受土壤侵蚀影响的人口80%在发展中国家。

土地沙漠化是指非沙漠地区出现的风沙活动、沙丘起伏为主要标志的沙漠景观的环境退化过程。目前全球有36×108hm2干旱土地受到沙漠化的直接危害,占全球干旱土地的70%。沙漠化的扩展使可利用的土地面积缩小,土地产出减少,降低了养育人口的能力。中国荒漠化也很严重,全国约1.7亿人口受到荒漠化的危害和威胁,每年因荒漠化造成的经济损失约20亿～30亿美元。

生物物种消失是全球普遍关注的重大生态环境问题。物种濒危和灭绝一直呈发展趋势,而且越到近代,物种灭绝的速度越快。据粗略估计,从公元前8000年至1975年,哺乳动物和鸟类的平均灭绝速率大约增加了1000倍。生物学家警告说,如果森林砍伐、沙漠化及湿地等的破坏按目前的速度继续下去,那么到2025年将会有100万种生物物种从地球上永远消失。

(三)环境科学

随着环境问题的出现,人们开始关注环境问题,环境科学是以“人类和环境”这对矛盾体为研究对象的科学,环境科学是一个多学科到跨学科的庞大体系组成的一门边缘学科。它的主要任务是:揭示人类活动同自然生态之间的对立统一关系;探索全球范围内环境演化的规律;探索环境变化对人类生存的影响;研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。

在现阶段,环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题,形成与其有关的学科相互渗透、交叉的许多分支学科。

属于自然科学方面的有:环境工程学、环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理、环境数学、环境水利学、环境系统工程、环境医学等。

属于社会科学方面的有:环境社会学、环境经济学、环境法学、环境管理学等。

环境工程学是指运用工程技术的原理和方法,防治环境污染,合理利用自然资源,保护和改善环境质量。主要研究内容有大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和资源化、噪声控制等,同时研究环境污染综合防治,运用系统分析和系统工程的方法,从区域环境的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。地勘钻探环境工程属于环境工程的一个分支。

气象与环境研究的刊物简介

简单地说，环境气候学就是研究人类生存环境中气候问题的科学，属于气候学和环境学的边缘学科。研究内容包括：气候与自然环境、气候与社会、气候与健康、气候环境改良、气候意识教育等。与环境气候学联系紧密的学科有环境学、生态学、气候学、地理学、社会学、人类学等。

大气科学，大气科学进展，高原气象，气候与环境研究，气象学报，这几个期刊哪个好？

Meteorological and Environmental Research [ISSN: 2152-3940] is a comprehensive meteorological and environmental scientific journal contains strong technicality and high orientation in China, being published monthly in Rhode Island, USA. Meteorological and Environmental Researchis a window through which meteorologists and environmentalists could see the important findings and latest advances of meteorological and environmental sciences in world. It has been included by Chemical Abstracts , CABI, Cambridge Scientific Abstracts and CNKI.

The main content includes:theories and methods of atmospheric sciences, atmospheric sounding,basic meteorological elements and atmospheric phenomena, dynamic meteorology, weather and climate, man-made weather modification, weather forecast ,applied meteorology, agrometeorology,meteorological disaster and prevention,basic theory of environmental sciences, environment quality assessment and environment monitoring,environment pollution and control,waste disposal and comprehensive utilization, disaster prevention and reduction,environmental meteorology,society and environment,environmental protection management. 该刊已被美国国会图书馆收藏，美国EBSCO数据库 、 美国《剑桥科学文摘》（CSA）、美国《化学文摘》(CA)、国际应用生物科学中心(CABI)、中国学术期刊网络出版总库(CNKI) 和维普网等数据库及机构收录。

地球物理与环境地质调查

大气科学进展是大气科学的英文版，影响因子很高，是最好的。大气科学，气象学报都是权威期刊，差不多的，也很不错。高原气象是一级期刊，气候与环境研究是核心期刊。

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自然驱动力因素及周期分析

一、环境地质调查的主要内容

中国大百科全书中定义的环境地质学研究范围，包括环境地质调查、有关的微量测试技术和环境保护的地质措施。也就是说它的研究内容包括两个方面，其一是地质环境的质量调查；其二是人类活动对地质环境变化的影响。而后者，随着人类社会的发展、科学技术现代化程度的加快，人类活动与地质环境之间的关系越密切，环境灾变对人类的危害、造成的损失就越重，人类的生活、生产活动对地质环境的污染与破坏更加剧烈。当然，与此同时，人类对环境保护的意识与控制的能力也在加强。当前环境地质调查的主要内容有以下三个方面。

1.全球地质环境变迁的调查

这种调查的对象包括已经发生并尚在进行的环境地质变迁，以及这种变迁与全球气候、水文、生物环境的关系。人类要掌握自己的命运，预测地球未来的环境，就必须了解地球的过去和现在，未来是过去到现在的延伸。

调查研究的结果表明，地质记录—构造、岩石、矿物等记忆了过去几十、几百、几千甚至几十万年以来全球环境变化的痕迹，生态平衡的破坏在地球物质的地质记录上保存了记录，通过地质、地球物理和地球化学手段寻找、调查环境地质变化的各种记录和痕迹，了解环境地质的变迁，将有助于全球变化研究的深入开展。特别是我国青藏高原、西北黄土高原、西南岩溶地区的环境地质调查具有重要意义，这些地区的岩石、构造中保存了近期几百万年以来环境系统的详细地质记录。因此，我国环境地质调查的主要内容应包括如下一些内容。

（1）青藏高原隆升和变形与环境变化的关系，大型地区灾害如山崩、滑坡、泥石流等与高原隆升的关系调查

青藏高原在新生代以来发生强烈变形和急剧隆升，根据叶叔华院士在“现代地壳运动和地球动力等研究”一文中介绍的我国综合利用GPS、水准、重力、导线、天文测量的结果，珠穆朗玛峰的水平位移速度为19 cm/a，高程每年升高37 mm。

（2）黄土高原的形成、环境变迁与全球变化

我国黄土高原的堆积比深海岩芯更完整地记录了240万年以来全球气候变化的历史，通过研究黄土的地质记录，探索其形成环境的变迁及演化，重建环境变化史。

（3）岩溶环境系统

钟乳石在形成的过程中记录了过去千万年全球环境的变化，提供了—份完整的地质记录，通过岩溶地质、古地磁等研究将能详细了解近期几百万年环境系统的变化。

2.现代环境地质变迁的调查与研究

（1）现代地球构造活动

采用第四纪地质、构造地质、地貌、古地震、大地测量及地球物理方法，对大环境的构造活动、活动构造带进行调查，研究不同类型的活动断层、地震断层和地裂缝以及现代地壳运动。

（2）现代构造活动环境效应的调查与灾害预防研究

包括天然地震、山崩、滑坡、泥石流等的成因调查、预测与防治研究。

3.人类活动的环境地质效应调查

“地质科学发展战略”中指出，人类活动每年搬运的地球物质达104 km3，超过水流的作用，人类活动造成的滑坡、水土流失、泥石流、水库地震以及地下水过量开采引起的地面沉降，大型建筑引起的重力地质作用、岩石动力地质作用，城市热力场变化引起的地热地质作用等也相当可观。人类活动引起的地质作用过程，在局部环境效应方面已经接近甚至超过自然界的作用。因而，除了调查人类活动的环境地质效应之外，研究提高预测和评价人类活动诱发灾害的能力和水平，提出合理的防治和减轻灾害的措施将是十分重要的。

（1）工程环境地质的调查与研究

该调查包括大型工程选址的基础环境地质调查，地质填图，及其对环境影响的预测研究。

（2）能源、资源的开发与环境地质变迁的调查

该调查包括金属矿开采的尾矿处理，煤田开发中遇到的陷落柱、采空区，地下水开采引起的地面沉降等。

（3）人类活动造成的环境污染

人类的生产活动造成气态、液态、固态物质的重新搬运与堆积。在重新沉积的地质环境中，有害物质、有毒的金属污染物与核辐射物质相对富集，进入新的地球循环系统从而危及生态环境。

1）水资源污染的监测与调查。硫化矿床的开采往往造成地下水硫酸盐浓度上升，工厂废液的排放造成地面、地下水源有机与无机污染。

2）固体废弃物与环境地质变迁。粉尘、煤灰、固体垃圾、尾矿、废矿渣中的重金属与有害物质的重新沉积与堆积，造成环境地质的变迁，形成新的污染源。

3）核辐射物质新循环环境地质系统的调查。

4）重、磁、电、震等物理场环境效应的调查。人类在地球上建立了数量可观、强度较大的物理场源，它们产生的环境负效应不容轻视。

二、地球物理方法在环境地质调查中的应用基础

环境地质调查的目的在于判断与生态环境有关的地质环境的质量，了解环境变迁的过程，特别是与人类生存和生产活动有直接关联的环境变迁。这种变迁不是一门地质学科所能概括的，它涉及天文学、地学、生物学领域、蕴涵着各种物理、化学变化。因而环境地质的调查需要综合方法与手段，即地质方法、地球物理方法、地球化学方法的配合。

地球物理方法是环境地质调查中不可缺少的一种方法，通过不同途径与手段观测环境地质调查中特定的地质目标——活动构造、断层、污染水体、地下洞穴、近期搬运堆积物等的地球物理场——电磁场、磁场、地震波传播、重力场、辐射物等的时空分布，采用有效的处理方法反演出目标体的物理性质与几何分布，配合地质、地球化学研究作出地质解释。同时，它可以通过研究目标外围空间物理场变化的连续监测，为地质环境的变迁、污染以及地质体的时空变化提供可靠的资料。

现有的地球物理方法理论基础同样适用于环境地质调查，而在复杂条件下地球物理方法的应用在正、反演与方法技术方面则不断有新的发展。

环境地质调查中的物性基础与矿产、能源勘探相比，它利用了具有记忆功能的岩石磁性，并更多地考虑了岩石孔隙度等结构及充填物成分变化对物理性质的影响，以及探测目标不同物理性质的综合利用。

目前人类揭示的磁性材料记忆功能已广泛应用于现代科技领域，如计算机中的磁泡存储器、磁光存储器。通过变换磁场等条件，可以写入信号、保存信号、读出信号。而在地球大环境变化的调查研究中，人类通过观测与研究得知，岩石、矿石的磁性具有记忆功能，因为岩石、矿石受现代地磁场的磁化而产生感应磁化强度，而岩石、矿石在形成过程中还受到当时地磁场的磁化，这种磁化经漫长地质年代保留至今，被记忆下来的这种岩石磁性称为剩余磁化强度。因而岩石、矿物的磁性是由感应磁化强度和剩余磁化强度两部分组成。通过采集样品的交变退磁与热退磁处理，可以恢复岩、矿石原生的磁性，包括剩余磁性的强度与方向。而根据测得的剩余磁性，就可以得到岩、矿石形成时期的环境地质信息。

图6-5-1 新生代晚期地磁极性年代表

例如，岩、矿石的剩余磁化方向代表其形成地质时期的地磁场方向，全球测量结果表明地质史上出现过多次地磁场的极性倒转。因此，根据地层中岩石剩余磁性的极性变化，可以对地层进行划分与对比，并可编制地磁极性年代表（图6-5-1）。根据全球古地磁岩性的测量结果，可以恢复形成时期古地磁极的位置，古纬度，并判断岩石、矿物所在地层形成的地理位置及环境地质条件。此外，通过不同构造板块古地磁磁极随地质年代变化的极移曲线研究，可为板块移动提供有力证据。

另外还可广泛利用环境地质目标体与电阻率、速度、密度、核辐射等的相关性，作为现代环境地质调查的基础。

三、环境地质调查中地球物理方法的应用

地磁场的观测结果表明，人类生存空间的地球磁场不仅与地理位置有关，而且随时间做缓慢变化。如果把地球磁场视为地心磁偶极源形成的磁场，中国学者指出50年来地球中心磁偶极距的衰减率为-16.5 nT/a，依此类推则经过一定时间之后磁偶极距将减到零而后倒向，形成地球磁极倒转。古地磁研究中根据岩石磁性记忆功能，通过不同年代、地层岩石标本古地磁的测定，证明在地球形成的过程中地磁场极性有过多次倒转。而且，岩石标本古地磁参数的测定还可为地质、古地理研究中古环境的恢复提供有力的证据。研究结果表明，古地磁的变化与古气候以及地球轨道偏心率的变化是相关的，例如地磁强度的低值对应地球轨道偏心率的高值和温暖的气候。我国学者对山西黄土磁性研究的结果表明，布容时期以来70万年期间气候变化的7个旋回与相应的全球磁场变化、地磁极性漂移事件密切相关。

1.古环境的复原

由于岩石中保留的原生剩磁方向就是岩石形成时期所在地理位置的地球磁场方向，而全球地磁极性的倒转具有同时性，因而在古地磁研究中采用了准确的同位素测年技术之后，就有可能根据地球上不同地点采集到的同一地磁极性年代同一磁性地层的标本、古地磁测量的结果，由标本剩磁的方向获得当时不同地理位置的地球磁场方向。并分析出所处极性年代古磁极的位置、古纬度等信息，恢复地层形成时的地理位置，并进行地层划分与对比恢复古环境。

2.中国黄土磁学性质与古气候

地质学家认为中国的黄土、古土壤序列是第四纪以来中国北方环境和气候变化最详细的记录之一，它对应干旱和半干旱气候条件。由于黄土沉积最厚可达500m，沉积连续性好，对古地磁研究十分有利，我国学者朱日样等利用古土壤到黄土之间磁学性质的详细变化特征，研究该沉积序列的连续性与古气候变化模式。

古地磁测量的条件如下：测量样品是采自陕西渭南黄土剖面古土壤层位S8和黄土层位L8，用高密度连续采样（实验室分辨率为2cm）。热退磁分析采用Macintosh微机控制并带HPIII打印机的水平装置居里秤，磁滞回线和各种参数的测量采用IBM控制的Micro Mag 2900磁力仪，低场磁化率由Bartington Ms2磁化率仪测定。

根据测量结果，若将矫顽力、剩磁矫顽力和剩余磁化强度作为气候变化指标，则从古土壤到黄土是渐变过程，与沉积粒度分析的结果相符，反映了古土壤不是由黄土发育而来的，而是外来物沉积就地成土，反映的气候变化是从相对潮湿到寒冷干燥的变化过程。

可见，矫顽力、剩磁矫顽力和饱和剩余磁化强度对气候的反应灵敏，是比低场磁化率和频率磁化率更理想的气候变化指标。

深海岩心热释光与古气候研究

10.1.1.1 太阳辐射作用因素

20世纪70年代以前，人们认为太阳的辐射输出是稳定不变的。法国物理学家Pouillet（1837）提出太阳常数概念，表述在日地平均距离处接受的太阳热辐射能，即每分钟1.95cal/cm2。但到20世纪70年代后期，人们利用卫星作精确观测，发现太阳常数是波动变化的，太阳活动峰值时，其辐射输出会减小，变化幅度为0.2%～0.5%。从理论上分析，当太阳常数增加2%，地表平均气温则会上升3℃；若其减小2%，地表平均气温则会下降4.2℃（黄春长，2000）。

19世纪中期，H.Schwabe和J.R.Wolf发现太阳黑子的活动具有周期性，并且引入太阳黑子相对数，将逐月黑子记录推算到1749年，指出太阳活动周期平均为11.12a。中国历史上与农业气候变化密切相关的12相数纪年法，是人们千百年观察天气变化状况的总结，与太阳活动的11.2a周期不谋而合。在太阳黑子11a周期图上，可以看到极高而尖的峰值和较低而平的峰值交替出现。G.F.Hale（1913）指出，这是22a的太阳磁性周期的表现，即海尔周期。之后，又发现太阳活动还具有80～90a的周期，即世纪周期。有人推测太阳活动还有180a，400a和1700～2000a左右的周期。这些不同周期的太阳活动对地球上的气候都会造成影响。别林斯基（1957）将北半球平均反气旋—气旋环流强度变化消除了世纪周期影响，再作5年滑动平均，滤去双振动现象的影响，发现它呈现出有规则的11a周期变化，其峰值与黑子低值年密切对应。

我国1909～1968年温度等级平均值资料表明，大范围内低温期都出现在黑子尖高峰期（主高值）年附近（张家诚，1976），如1917年、1937年、1958年、1978年；高温期则出现在黑子低平峰值（次高值）年附近，如1906年、1928年、1947年，这是对应海尔周期的气候变化。王绍武（1965）研究了大气环流、大气活动中心位置多年变化，指出我国气候22a变化周期是普遍存在的。尤其是西风环流指数，在黑子主高峰年份西风环流减弱，黑子次高值年份西风环流加强。美洲大陆在20世纪30年代和20世纪50年代出现过2个严重干旱期，均与黑子活动的主高峰值上升阶段相对应（Newman，1971）。欧洲1895年、1917年、1940年和1963年的严冬，均对应于黑子活动主高峰值年份，表现出22a的周期（Abbot，1963）。

Easton（1929）根据对1205年以来历史记载的研究，指出西欧的严冬具有约89a的周期。1935年C.Kassner发现Chamberlain湖的结冰记录也有88a的周期。谢哈格（1949）分析了柏林1768年以来的温度资料，证明其冬季温度存在着89a的周期变化。J.Bray研究了加拿大哥伦比亚省49棵300a以上树龄的云杉，发现其年轮宽度与太阳活动相关。总体上看，对于世纪周期而言，太阳活动强时，中纬度径向环流型多，西风指数下降，极地盛行气旋活动，整个北半球气温下降；太阳活动弱时则相反，纬向环流盛行，极地气流较少入侵，气候比较稳定。

10.1.1.2 地球轨道参数变化作用因素及周期

地球轨道参数变化会引起日地距离和位置的改变，从而使到达地球的太阳辐射量发生变化。地球轨道参数中最重要的有3项，即地球公转轨道偏心率、地轴倾角和岁差现象。轨道偏心率在0.0005～0.0607之间，以96ka周期变化，偏心率越大，冬夏季节的长短差异越大，在北半球夏季越长。据推算，第四纪间冰期多处在偏心率增大时期，冰期多处在偏心率减小时期。地轴倾角（即黄赤交角）以大约41ka的周期变化，范围在21.8°～24.4°之间。当地轴倾角增大时，高纬度地区接受太阳辐射量增加。若地轴倾角增加1°时，极地年辐射量增加4.02%，赤道只减少0.35%。同时，地轴倾角越大，地球冬夏接受的辐射量差别就越明显（图10.1）。

图10.1 1600年以来太阳总辐射量、气温和海面温度变化图

（Lean，et al.，1995）

N.Ekholm（1901）计算结果表明，在距今28310a时地轴倾角最小为22.1°，高纬度冬暖夏凉，70°N地区夏半年气温比之1883年低3.8℃；在距今9100a前地轴倾角最大时，高纬度冬寒夏热，70°N地区夏半年气温比之1883年要高2.4℃。岁差现象即地球在公转轨道上的近日点时间的变化，其周期大约21ka。当冬至位于近日点时，出现暖冬凉夏现象；相反，夏至位于近日点时，会出现寒冬热夏现象。如果太阳辐射量稳定不变，那么上述3种变化联合起来会使地球接受的热辐射量发生变化，从而使地表平均温度也按一定的规律发生着变化。

南斯拉夫米兰科维奇（M.Milankovitch）综合地球轨道偏心率、地轴倾角和岁差现象对于太阳辐射的影响，按照冬、夏半年分别计算出了0.60Ma来两半球每10个纬度的辐射量变化。后来，佛尼卡（Vernekar，1968，1972）又进行了详细的计算，将米兰科维奇太阳辐射量曲线延长到距今1.0Ma前。就60°～70°N夏季辐射变化曲线来看，达到地球的辐射变化具有0.10Ma的周期，其中又包含着40ka和20ka的周期。米兰科维奇认为这些高纬度地区夏季辐射量减少时期，会使夏半年气温降低4～5℃，而冬季气温略有升高。因此冬天降雪量增大，到了凉爽的夏天积雪还未来得及融化，又一个多雪的冬天就到了。如此反复进行，冰雪大量积累导致冰川扩张，就形成了冰期。相反，夏季辐射增加会形成夏热冬寒，冬季降雪减少，夏季完全消融导致冰川退缩，成为间冰期。佛尼卡则进一步认为，当陆地表面为冰雪覆盖时，反射率大大增加，会导致高纬度降温幅度更大。这样，与地球轨道参数有关的辐射量的极端变化，可以使气温变化约6℃。从而就产生了气候变化的“地球轨道驱动”理论。

利用氧同位素技术进行深海沉积物研究发现，过去0.78Ma里气候变化确有0.10Ma的周期。例如，赤道西太平洋V28-238深海岩心氧同位素记录显示出0.78Ma来的布容正向期存在19个气候阶段，可以概括为7个间冰期与冰期的气候旋回。其中，以0.10Ma为周期的气候旋回非常清楚。其中还叠加着以40ka和21ka为周期的次一级气候旋回（图10.2、图10.3）。这些气候变化的周期，与米兰科维奇的气候变化天文理论是一致的。

我国学者通过对黄土的研究，也证实了上述气候变化原因的理论。中国黄土完整地记录了第四纪2.6Ma内气候的变化，其序列比之欧洲、美洲黄土气候记录要长得多，也完整的多。同时，由于它堆积速率高、厚度大，因而时间分辨率高，冰期气候旋回中的一些次一级波动也十分清楚。通过黄土地层和磁性地层的空间对比，可以证明中国黄土在第四纪大的气候旋回上是连续的。黄土高原洛川、宝鸡等剖面中马兰黄土、离石黄土、午城黄土存在36层古土壤，加上全新世形成的土壤S0，共有37层古土壤，与此相对应的是37层黄土。每一层黄土-古土壤代表一个冰期-间冰期旋回，即中国黄土-古土壤序列2.6Ma以来共记录了37个冰期-间冰期旋回。其中距今2.6～1.5Ma共有10个黄土-古土壤组合（S23-L33），气候旋回以0.1Ma为主周期；距今1.5～0.8Ma（或0.7Ma）共有15个黄土-古土壤组合（S9-L23），气候旋回以41ka为主周期；距今0.8Ma（或0.7Ma）至今共有12个黄土-古土壤组合（S0-L9），气候旋回又以0.1Ma为主周期。

现在米兰科维奇—佛尼卡的关于冰期与间冰期成因的“轨道驱动”理论逐渐为大多数学者所接受。与此同时，又产生了轨道要素变化是否也驱动了第四纪之前气候的变化？倘若不是，那么轨道要素理论是否还能成立？如果相信地球轨道参数变化是引起万年以上尺度气候变化的主要原因，并且相信间冰期的长度为10ka，那么人们就有理由相信目前的间冰期气候很快就要结束，一两千年后一个新的冰期就会开始。

图10.2 0.78Ma来欧洲黄土古土壤沉积韵律及深海岩心氧同位素曲线和中国黄土古土壤序列对比图

（据Kukla，引自黄春长，1998）

图10.3 黄土和深海沉积物气候变化序列频谱分析结果图

（刘东生，1997）

10.1.1.3 星系轨道驱动作用及周期分析

除上述地球自身运动轨道周期变化产生的驱动力作用外，地球随着太阳系围绕银河系等更大空间作轨道运动，亦存在着近地点、远地点等变化。因此，也将导致银河系等其他星系恒星对地球的辐射作用产生周期性的变化，出现更高级别上的冰期与间冰期气候环境。

已知地球历史上发生过4次大冰期，即震旦纪大冰期、奥陶纪大冰期、石炭—二叠纪大冰期和第四纪大冰期，它们之间相隔2.3×108a左右。因此看出，其他星系恒星对地球的辐射作用存在着n×108a的大周期的变化，它们可能是导致地球历史上发生几次大规模冰期与间冰期变化的内在原因和驱动力因素。

10.1.1.4 天文地质事件驱动力作用及因素分析

第四纪时期，曾有数次陨星体撞击地球事件发生，造成了地球磁场的倒转和气候的变化。在南极附近深海岩芯（Kyte，1988）和我国西安白鹿塬黄土剖面（马配学，1996；吴锡浩，1991）第三纪和第四纪的分界线上，即在距今2.60Ma高斯正向极性期向松山反向极性期的转变界面，发现了陨石微粒和稀有元素铱（Ir）和金（Au）的富集。世界各地许多地点在松山反向极性期向布容正向期的转变界面也都发现了玻璃陨石微粒（朱照宇，1992）。学者认为前者是由于陨星体撞击地球，造成地球磁场变化的同时，还使得地球表层系统发生了根本的变化。它使全球气候变冷，极地和高纬度大冰盖形成，气候呈现冰期—间冰期的交替变化，热带和亚热带范围缩小，荒漠和干草原扩张，形成所谓“第四纪大冰期”。后者不仅造成了磁极倒转，还使得气候变化中0.10Ma周期更加明显，东亚的季风环流气候显著增强，西北季风与东南季风气候盛行期的气候和环境反差十分显著（刘东生，1992）。

10.1.1.5 构造运动作用因素

距今180Ma的侏罗纪时，存在了几亿年的超级大陆-泛大陆及超级海洋-特提斯海（泛大洋），由于受全球板块构造运动逐步分裂成现今板块构造格局和海陆分布局面。大陆布局的重新调整使一些海道开启另一些海道关闭，遂导致洋流系统做出相应调整，从而导致新生代气候不规则和阶段性的变化。

大约50Ma以后，澳大利亚大陆向北漂移，南大洋通道形成环南极流，加强变冷趋势。38Ma（始新世末期）南极周围海面出现冰冻及大面积冰形成。30Ma（渐新世）德雷克海峡形成，温度再次下降，南极冰盖扩大，到中新世中期，面积广大的南极冰盖形成，赤道与极地之间温度梯度增大，洋流系统得以强化。第四纪开始，北半球中等规模的冰盖业已形成。

随着晚第三纪以来全球两极冰盖增大和赤道与极地温度梯度增大及其青藏高原的隆起等，全球季风环流及东亚季风形成。

可见全球板块构造运动造就的板块构造格局和海陆山脉分布，是形成新一轮地球-大气-洋流系统热量配置、造成第四纪气候波动变化的重要前期基础驱动因子。

当地壳运动处于漫长的相对稳定的平静时期，地球表面接受太阳辐射能量的纬度和季节配置受轨道周期（即地球轨道偏心率100ka周期、地轴倾斜41ka周期和21ka岁差平均周期）控制显著加强，是第四纪冰期—间冰期气候周期性波动的首位驱动因子。

远洋深海沉积过程平稳连续，是过去地质时期气候环境变化记录的“档案”，成为全球气候变化研究的资料库。

孟加拉深海扇位于赤道低纬度地区，是大陆边缘的深海区。有较高的陆源物质输入量，大大提高了沉积速率，这对气候与环境信息起到了放大作用，是高分辨率古气候研究的理想地区。

经典的恢复古气候的研究方法是沉积物中有孔虫（CaCO3）的δ18O含量方法。因为水中氧主要是两种同位素：即16O（丰度99.756%）和18O（丰度0.0205%）。当气温升高时（间冰期），相对较轻的16O有较高的活性，优先被有孔虫吸入体内，使壳体内18O相对减少。所以，有孔虫壳体（CaCO3）内随温度升高，δ18O下降。另外，当冰期出现时，高纬度区冰盖扩展增厚，从大洋中提取大量海水，16O率先逸出，使海水中δ18O浓度相对升高，造成有孔虫体内δ18O含量增高。可见这种海洋水中δ18O的增减，直接所应了全球气候变化。气候变化主要受天文和地球运动的影响，有严格的周期性。年Imbrie等收集三大洋5类有孔虫的δ18O资料，编制了历时800余年，包括22个气候期可代表全球气候变化的氧同位素地层年表，使古气候研究有了对比标准。

图8-6-3 MD8149岩心热释光分析结果

刘海生（2002）利用取自孟加拉海扇的四个深海岩心，岩心中碳酸钙含量占80%～90%；热释光分析的取样间距为5 cm；热释光分析采用沉积物全岩样和分选的有孔虫壳体（CaCO3）。其中MD81349岩心的全岩热释光和有孔虫壳体热释光与岩心δ18O的对比结果如图8-6-3所示。可见，岩心有孔虫壳体热释光与δ18O分析结果对应最好，全岩热释光值起伏对应也非常好，只是变化幅度稍低，但免除了分选有孔虫壳体之苦。

根据热释光分析结果，可将沉积层分出1～8个气候期以及若干个亚期，代表了距今30ka以来古海洋环境变化史。其中1、5、7期为热释光高值对应δ18O的低值区，属于气候的间冰期。其中2、4、6气候期为热释光低值对应δ18O的高值区，属于气候的冰期。仅第4期提早出现峰值。根据全岩分析认为可能受附近火山喷发使硅质增多有关。CaCO3与气候变化关系不明显。