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El Ni?o/Southern Oscillation during the 4.2 ka event recorded by growth rates of corals from the North South China Sea

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Acta Oceanologica Sinica 2020年第1期39卷 110-117页

作者： Shaohua Dang Kefu Yu shichen tao tao Han Huiling Zhang Wei Jiang Guangxi Laboratory on the Study of Coral Reefs in the South China Sea Guangxi UniversityNanning 530004China Coral Reef Research Center of China Guangxi UniversityNanning 530004China School of Marine Sciences Guangxi UniversityNanning 530004China South China Sea Institute of Oceanology Chinese Academy of SciencesGuangzhou 510301China College of Ocean Engineering Guangdong Ocean UniversityZhanjiang 524088China

The 4.2 ka event that occurred during the period from 4 500–3 900 a BP was characterized by cold and dry climates and resulted in the collapse of civilizations around the world. The cause of this climatic event, however, has been under debate. We collected four corals(Porites lutea) from Yongxing Island, Xisha Islands, South China Sea, dated them with the U-series method, and measured the annual coral growth rates using X-ray technology. The dating results showed that the coral growth ages were from 4 500–3 900 a BP, which coincide well with the period of the4.2 ka event. We then reconstructed annual sea surface temperature anomaly(SSTA) variations based on the coral growth rates. The growth rate-based SSTA results showed that the interdecadal SSTA from 4 500–3 900 a BP was lower than that during modern times(1961–2008 AD). A spectral analysis showed that the SSTA variations from4 500–3 900 a BP were under the influence of El Nino-Southern Oscillation(ENSO) activities. From 4 500–4 100 a BP, the climate exhibited La Nina-like conditions with weak ENSO intensity and relatively stable and lower SSTA amplitudes. From 4 100–3 900 a BP, the climate underwent a complicated period of ENSO variability and showed alternating El Nino-or La Nina-like conditions at interdecadal time scales and large SSTA amplitudes. We speculate that during the early and middle stages of the 4.2 ka event, the cold climate caused by weak ENSO activities largely weakened social productivity. Then, during the end stages of the 4.2 ka event, the repeated fluctuations in the ENSO intensity caused frequent extreme weather events, resulting in the collapse of civilizations worldwide. Thus, the new evidence obtained from our coral records suggests that the 4.2 ka event as well as the related collapse of civilizations were very likely driven by ENSO variability.

关键词： 4.2 ka event ENSO variability SSTA coral growth rate Xisha Islands

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Pollen-inferred vegetation and environmental changes since 16.7 ka BP at Balikun Lake, Xinjiang

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Chinese Science Bulletin 2010年第22期55卷 2449-2457页

作者： tao shichen AN ChenBang CHEN FaHu TANG LingYu WANG ZongLi LU YanBin LI ZhiFei ZHENG TongMing ZHAO JiaJu MOR Key Laboratory of West China's Environmental System Lanzhou University Lanzhou 730000 China Nanjing Institute of Geology and Paleontology Chinese Academy of Sciences Nanjing 210008 China

A high-resolution fossil pollen record from the sedimentary cores of Balikun Lake, northwestern China, combined with modern surface pollen data, is used to reconstruct the history of vegetation and climatic change since 16.7 cal. ka BP. Fossil pollen assem-blages and lithology indicate that the study area was dominated by desert. The desert had extremely arid climate and lower effec-tive moisture during 16.7–7.9 cal. ka BP, especially from 16.7 to 8.9 cal. ka BP when the lake maybe dried up. During 8.9–7.9 cal. ka BP, the environment gradually recovered in this area. It was then followed by the optimum period from 7.9 to 4.3 cal. Ka BP, when the effective moisture obviously increased. It was characterized by the typical desert-steppe/steppe vegetation and was ac-companied with several patch-birch woodlands around the lake. After that, a short but extremely arid climatic event occurred during 4.3–3.8 cal. ka BP, and the vegetation quickly changed from desert-steppe/steppe to desert. It was a relatively optimum period from 3.8 to 0.53 cal. ka BP showing typical desert-steppe/meadow-steppe landscape. Since 0.53 cal. ka BP, the climate has shown signs of deteriorating again. Furthermore, regional comparison shows that the characteristics of climatic and environmental evolution in this area were clearly different from East Asia monsoonal area during the last 16.7 cal. ka BP. It was characterized by the arid climate during the late-glacial and early Holocene, and relatively wet during the mid-late Holocene.

关键词：环境变化巴里坤湖花粉记录 BP 植被中晚全新世新疆气候变化

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南海黄岩岛珊瑚记录的1780-2013年的表层海温年代际变化特征

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海洋学报 2018年第9期40卷 31-42页

作者：林丽芳余克服陶士臣韩韬张会领中国科学院南海海洋研究所中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室广东广州510301 中国科学院大学北京100049 广西大学珊瑚礁研究中心广西南宁530004 广东海洋大学工程学院海洋工程系广东湛江524088

基于南海中部黄岩岛滨珊瑚生长率与表层海温距平(SSTA)的正相关关系,重建了1780-2013年(共234年)黄岩岛海域SSTA年际变化序列。结果表明,1780-1890年SSTA总体偏低,平均为-0.2℃,最低SSTA为-1℃(1837年),对应于小冰期晚期;1890年以来SST... 详细信息

基于南海中部黄岩岛滨珊瑚生长率与表层海温距平(SSTA)的正相关关系,重建了1780-2013年(共234年)黄岩岛海域SSTA年际变化序列。结果表明,1780-1890年SSTA总体偏低,平均为-0.2℃,最低SSTA为-1℃(1837年),对应于小冰期晚期;1890年以来SSTA总体呈阶段性上升,其中1971-1998年升温最快,1998年达到峰值(2℃),之后SSTA略呈下降趋势,冷暖变化与北半球陆地温度变化基本是同步的。频谱分析显示,黄岩岛海域SSTA在过去234年主要呈现出26~34 a的冷暖周期波动,其相位转变基本与太平洋年代际振荡冷-暖位相同步。近234年来南海中部黄岩岛海域SSTA的年代际变率并不是持续不变的,1890年以来该海域SST年代际变率出现明显增强,可能与全球变暖导致的海洋内部变率的变化有关。考虑到热带西南太平洋SST年代际变率同样在1890年也发生了一次转变,我们认为这些证据可能指示了整个热带太平洋内部变率在1890年以后发生了一次转变。

关键词：黄岩岛珊瑚生长率 SSTA 小冰期年代际变化

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新疆东部托勒库勒湖流域表土花粉初步分析

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第四纪研究 2013年第3期33卷 545-553页

作者：陶士臣安成邦赵家驹唐领余兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州730000 中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室广州510301 中国科学院南京地质古生物研究所南京210008

研究现代表土花粉谱与植被及气候的关系对正确解译地层花粉所指示的植被演化历史以及生态环境具有重要意义。本文首次选取新疆东部托勒库勒湖盆地开展现代表土花粉与植被关系的分析。结果发现各个植被带的花粉组合与其主要植物成分具有... 详细信息

研究现代表土花粉谱与植被及气候的关系对正确解译地层花粉所指示的植被演化历史以及生态环境具有重要意义。本文首次选取新疆东部托勒库勒湖盆地开展现代表土花粉与植被关系的分析。结果发现各个植被带的花粉组合与其主要植物成分具有良好的对应关系。湖泊表层样品的花粉组合是区域植被组成的综合反映;莎草科花粉主要出现在草甸中;禾本科是湖边草原中重要的花粉类型,该科花粉呈现出明显的低代表性;藜科和蒿属是荒漠草原植被中两种最主要的花粉类型;白刺属主要出现在低洼平坦的湖边,该属植物的分布与水源有着密切的关系;在采自砾漠的样品中,菊科、麻黄属成为两种最主要的花粉类型,这对解释地质时期该湖地层中两种花粉组合所指示的植被演化和生态意义具有重要作用。

关键词：新疆托勒库勒湖表土花粉菊科麻黄属

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造礁珊瑚碳、氮、硼同位素的海洋酸化指示意义

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热带地理 2016年第1期36卷 48-54页

作者：韩韬余克服陶士臣中国科学院南海海洋研究所广州510301 广西大学珊瑚礁研究中心南宁530004 广西大学海洋学院南宁530004

大气CO_2体积分数升高导致的海洋酸化不仅会降低海水p H,还会改变其碳酸盐平衡体系,使得海水中文石饱和度(Ω)降低,相应地会降低珊瑚钙化的速率。已有研究表明:珊瑚骨骼δ^(11)3C、δ^(11)B和δ^(15)N具有记录Suess Effect、生物生产力... 详细信息

大气CO_2体积分数升高导致的海洋酸化不仅会降低海水p H,还会改变其碳酸盐平衡体系,使得海水中文石饱和度(Ω)降低,相应地会降低珊瑚钙化的速率。已有研究表明:珊瑚骨骼δ^(11)3C、δ^(11)B和δ^(15)N具有记录Suess Effect、生物生产力、海水p H值以及营养源的能力;主要表现为:δ^(11)B记录的p H值、δ^(11)3C记录的海水无机碳库(DIC)δ^(11)3C和生物生产力,以及δ^(15)N记录的陆源物质输送量相结合,可用来指示受季风影响的南海"大陆架碳泵"和近海污染与海洋酸化的联系。目前关于珊瑚对海洋酸化的记录研究仍相对较少,珊瑚碳-氮-硼同位素组合的应用将会加深对于海洋酸化与气候变率和全球碳、氮循环的关系的认识,可能成为揭示海水p H值变化规律性的重要手段。

关键词：造礁珊瑚海洋酸化碳同位素氮同位素硼同位素

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西沙群岛基底火山碎屑岩中单斜辉石的矿物化学特征及其地质意义

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海洋学报 2019年第7期41卷 65-76页

作者：李诗颖余克服张瑜陶士臣严宏强中国科学院南海海洋研究所中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室广东广州510301 中国科学院大学北京100049 广西大学广西南海珊瑚礁研究重点实验室广西南宁530004 广西大学珊瑚礁研究中心广西南宁530004 广西大学海洋学院广西南宁530004

本文利用电子探针对南海西沙群岛琛航岛珊瑚礁底部火山碎屑岩中的单斜辉石矿物的化学特征进行了研究。结果表明,该单斜辉石属于富钙透辉石,部分有正环带结构,从核部到边部Ca、Fe、Ti的含量逐渐增加,是岩浆正常结晶顺序的反映,说明该区... 详细信息

本文利用电子探针对南海西沙群岛琛航岛珊瑚礁底部火山碎屑岩中的单斜辉石矿物的化学特征进行了研究。结果表明,该单斜辉石属于富钙透辉石,部分有正环带结构,从核部到边部Ca、Fe、Ti的含量逐渐增加,是岩浆正常结晶顺序的反映,说明该区域的岩浆演化是向着富Ca、Fe、Ti方向发展的。主量元素数据显示,单斜辉石具有低Si高Al的特征(SiO2=41.40%~48.44%,Al2O3=5.54%~10.20%),且AlⅣ含量较高,说明母岩浆为不饱和碱性岩浆系列;此外,单斜辉石Ca含量偏高,Ca/(Ca+Mg+Fe)值在46.1%~51.4%之间,推测是母岩浆的高Ca含量导致了大量高钙辉石的产出。结合西沙海域的地震和构造资料,推测琛航岛珊瑚礁的基底是玄武质火山碎屑岩组成的平顶状海山,系岩浆穿过断裂发育的岩石圈层在西沙群岛的海底喷发,随后火山碎屑物质经过堆积、固结作用而形成;该火山碎屑岩的原岩为板内碱性玄武岩。

关键词：西沙群岛火山碎屑岩单斜辉石矿物化学珊瑚礁基底

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南沙群岛现代滨珊瑚骨骼Sr/Ca、δ^(18)O和δ^(13)C对极端高温事件响应

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热带地理 2022年第11期42卷 1771-1782页

作者：徐潇峰余克服陈天然陶士臣严宏强陈特固中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室南海海洋研究所广州510301 中国科学院大学北京100049 广西大学珊瑚礁研究中心广西南海珊瑚礁研究重点实验室广西大学海洋学院南宁530004 南方海洋科学与工程实验室广东珠海519080

以南沙群岛永暑礁的现代滨珊瑚YSL24(生长时间为1985-1999年)与YSL2A(生长时间为1971-1999年)为材料,通过对其骨骼开展高分辨率的Sr/Ca、^(18)δO和^(13)δC分析,探讨其对极端高温事件的响应特征。有记录表明,1971-1999年,南海南部在197... 详细信息

以南沙群岛永暑礁的现代滨珊瑚YSL24(生长时间为1985-1999年)与YSL2A(生长时间为1971-1999年)为材料,通过对其骨骼开展高分辨率的Sr/Ca、^(18)δO和^(13)δC分析,探讨其对极端高温事件的响应特征。有记录表明,1971-1999年,南海南部在1973、1983和1998年发生了极端高温事件,滨珊瑚骨骼Sr/Ca序列清楚地记录了这3次高温事件,其相应条带Sr/Ca周期数值显著低于序列其他年份。而^(18)δO对高温事件的响应不太明显,其原因可能与^(18)δO序列同时受温度和盐度变化的影响有关。^(13)δC在这3个高温年份均在夏季发生了异常负偏,应该是由高温胁迫下共生藻光合作用强度下降所致。因此,珊瑚骨骼的Sr/Ca和^(13)δC对南沙群岛高温胁迫具有明显的响应,可作为记录过去白化事件的可靠指标。

关键词：滨珊瑚骨骼地化指标珊瑚白化高温事件 δ^(13)C负偏南沙群岛

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环礁潟湖沉积物重建南沙群岛小冰期以来的热带气旋活动

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热带海洋学报 2022年第6期41卷 171-182页

作者：杨红强谭飞徐辉龙张喜洋施祺陶士臣中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室中国科学院南海海洋研究所中国科学院南海生态环境工程创新研究院广东广州510301 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中国科学院南沙海洋生态环境实验站海南三沙573199 中国科学院大学北京100049

热带气旋活动以及由此产生的风暴潮和强降雨对南海及周边沿海地区社会经济构成巨大威胁。对器测记录之前全新世热带气旋的研究有助于准确预测全球变暖背景下热带气旋活动的变化趋势。本文利用南沙群岛安乐礁潟湖沉积物重建了小冰期以来... 详细信息

热带气旋活动以及由此产生的风暴潮和强降雨对南海及周边沿海地区社会经济构成巨大威胁。对器测记录之前全新世热带气旋的研究有助于准确预测全球变暖背景下热带气旋活动的变化趋势。本文利用南沙群岛安乐礁潟湖沉积物重建了小冰期以来准年分辨率的热带气旋活动,共识别28个风暴事件层。研究表明,小冰期以来,南沙群岛安乐礁热带气旋活动在年代际到百年尺度上频繁变化,发育两个主要的风暴活跃期。在小冰期早期(AD1471—1620)经历了最为强烈的风暴活跃期,另一个风暴活跃期位于现代暖期的AD 1930—1960,风暴活动虽有所加强,但明显低于小冰期早期。与同期永暑礁重建结果的对比表明,热带气旋活动存在明显的时空差异性,更多来自相近区域的高分辨率风暴记录可有效降低古风暴活动重建的不确定性,提高重建记录的准确度。

关键词：热带气旋小冰期潟湖沉积古风暴南沙群岛南海

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近165年来中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率及其对海温变化的响应

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热带海洋学报 2022年第5期41卷 64-73页

作者：刘小菊施祺陶士臣杨红强张喜洋周胜男中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室南海海洋研究所广东广州510301 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中国科学院南沙海洋生态环境实验站海南三沙573199 中国科学院大学北京100049

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一,随着全球气候变暖,海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析,揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及... 详细信息

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一,随着全球气候变暖,海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析,揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及变化规律;并通过与西沙群岛永兴岛滨珊瑚生长率的对比,探讨了南海中部滨珊瑚生长的区域差异及其对海温升高的响应关系。过去100多年来中北暗沙和永兴岛海区的平均海温分别为(27.4±0.37)℃和(27.09±0.36)℃,两个海区的海温均呈线性升高趋势,升温速率一致,约为0.43℃·ha^(-1)。过去100多年间中北暗沙和永兴岛滨珊瑚的平均生长率分别为(0.70±0.16)cm·a^(-1)和(1.19±0.16)cm·a^(-1),但中北暗沙滨珊瑚生长率呈线性下降趋势,下降速率约为9.4%·ha^(-1);而永兴岛滨珊瑚生长率呈线性上升趋势,增长速率约为10.9%·ha^(-1)。过去100多年间两个礁区的滨珊瑚生长率均存在年代际波动,大致与海温的年代际波动对应。两个礁区滨珊瑚生长率与海温在趋势上呈现非线性响应关系,存在滨珊瑚生长的最适宜温度约为27.25℃,过去100多年来中北暗沙海域海温的增温趋势已经超出了滨珊瑚生长的适宜海温范围,限制了滨珊瑚的生长趋势,而永兴岛海域海温仍适宜滨珊瑚的生长。在年代际波动上两个礁区滨珊瑚生长率与海温存在线性正相关关系,海温的年代际增温有利于滨珊瑚生长。在南海未来持续海水升温的情况下,中北暗沙珊瑚生长的下降趋势将会进一步加剧,并将严重威胁中沙珊瑚礁生态系统的维持和发展。

关键词：中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率海水升温

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利用珊瑚生长率重建西沙海域工业革命以来的海温变化

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热带地理 2017年第5期37卷 701-707页

作者：张会领余克服施祺陶士臣严宏强刘国辉广东海洋大学工程学院海洋工程系广东湛江524088 中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室广州510301 中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

以南海北部西沙群岛永兴岛发育的澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,构建了珊瑚骨骼生长率温度计,并以此为基础重建了工业革命以来(1880―2007年)西沙海域SST变化序列。结果发现:1880―2007年,西沙海域SST的波动范围26.1~28.5℃,平均值为... 详细信息

以南海北部西沙群岛永兴岛发育的澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,构建了珊瑚骨骼生长率温度计,并以此为基础重建了工业革命以来(1880―2007年)西沙海域SST变化序列。结果发现:1880―2007年,西沙海域SST的波动范围26.1~28.5℃,平均值为27.27℃。1880―1892年为降温期,西沙海域SST波动下降,在1892年达到近百年来的最低值(26.1℃)。1893―1935年为西沙海域SST低温平台期,SST以波动为主;1936―1957年西沙海域SST先升后降,变化呈单峰模式。1957―2003年,SST呈现快速增温趋势。2003―2007年,西沙海域SST出现"增温停滞"现象。在年代际尺度上,西沙海域SST的整体变化模式可能受气候系统准60 a周期调控。在年际尺度上,冬季风强度、火山活动以及ENSO等共同对西沙海域SST产生影响。人类活动导致的全球增暖可能在1957年之后才成为西沙海域SST增温的主要驱动因素。2003―2007年西沙海域出现的降温趋势是对全球"增温停滞"的响应,是自然强迫和人为强迫相互作用的结果,西沙海域SST这种短暂的降温趋势很可能随着自然强迫作用的减弱而重新被增温模式所代替。

关键词：珊瑚生长率 SST 工业革命西沙海域

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