MIS10以来西太平洋暖池核心区上部水体演化及其与古ENSO和ITCZ的关系

【摘要】：通过对位于西太平洋暖池核心区的ontong Java海台KX97322-4岩心(00o01.73'S,159o14.66'E,水深2362 m,岩心长度6.3 m)不同生境下多种浮游有孔虫壳体的稳定同位素分析、Mg/Ca古温度和海水δ18O(δ18Osw)的重建等,揭示了过去36万年来冰期旋回中西太平洋暖池(WPWP)核心区上部水体结构的演化历史及其与ENSO-like和热带辐合带(ITCZ)变化的关系。浮游有孔虫(Globigerinoides ruber、Globigerinella aequilateralis和Neogloboquadrina dutertrei)壳体Mg/Ca古温度重建结果表明WPWP核心区过去36万年来不同水层的温度演化具有明显的冰期旋回特征。LGM时海表温度(SST)相比于晚全新世低2.9±0.7℃。SST在冰消期与浮游δ18O变化近于同步,但超前于底栖δ18O变化(2~3 kyr)。在间冰期WPWP可能存在一个SST阈值(~29℃)控制着过去全球冰体积的改变。间冰期降温阶段SST下降速度明显快于δ18O的变化,此时存在一个冰体积开始快速增长的阈值,而在冰期结束时并没有发现这种阈值的存在,SST可能并不是进入间冰期的直接驱动。在MIS 6期,WPWP的SST和δ18O反向变化表明,冰期相对较高的SST有利于热带向两极水汽的输送以促进两极冰川的建造。冰期旋回中WPWP次表层水温(sub-SST)变化比表层更加剧烈,sub-SST在冰消期之前就先于SST变暖,且明显超前于δ18O变化。频谱分析表明WPWP过去SST变化主要受控于热带过程,而sub-SST主要受高纬过程控制。东西赤道太平洋SST对比和WPWP的垂向温度梯度变化表明,在SST变化相对稳定的冰期,热带太平洋处于La Ni?a-like状态,Walker和Hadley环流同步增强。而在SST快速变化时期(如间冰期的快速降温阶段和冰消期),热带太平洋处于El Ni?o-like状态。在WPWP的次表层,ENSO-like主要体现在盐度信号上,sub-SST先通过影响障碍层的变化从而影响表层水体温度和盐度的变化。热带太平洋可通过ENSO-like过程调节热和水汽向中高纬的输送,从而驱动过去冰期旋回中的冰体积变化。由于δ18Osw与盐度呈线性正相关,δ18Osw的冰期偏重和间冰期偏轻反映了WPWP过去上部海水盐度的变化。研究结果表明,次表层水体的盐度变化范围比表层水体大。通过垂向盐度变化幅度的对比,推测冰期La Ni?a-like状态时WPWP核心区存在障碍层,而间冰期El Ni?o-like状态时缺乏显著的障碍层。表层海水δ18Osw-iv的变化指示,WPWP核心区的降雨明显受控于ENSO-like过程及与之相伴生的ITCZ的位移,且和东亚夏季风降雨变化负相关。热带太平洋ENSO-like过程影响WPWP核心区降雨变化的幅度,控制WPWP水汽平衡,并影响ITCZ的移动和变化幅度,进而与东亚夏季风降雨相系,ENSO-like过程对ITCZ起着内部系统调谐的作用。过去36万年来,WPWP核心区上部水体的生物地球化学过程也经历了相应的演化过程。该海区生产力冰期高于间冰期,冰期δ13C低值可能源自南大洋冰期中层水对热带次表层水的入侵。冰消期浮游和底栖有孔虫的δ13C差值(Δδ13Cp-b)存在极低值,对应着δ13C宽幅低值事件,但早于间冰期生产力低值期,可能源于该时期深水通风的加强或中深层水的上涌。冰消期El Ni?o-like时WPWP温跃层上升,东赤道太平洋温跃层降低,生物泵作用减弱,但加强的深部上涌释放大量CO2使得全球进入暖期。 【关键词】：西太平洋暖池 SST阈值 障碍层 温跃层 上层水体结构 ENSO-like ITCZ
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P736.22
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第一章 引言14-37
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 西太平洋暖池区研究进展15-25
• 1.2.1 ENSO过程17-22
• 1.2.2 热带辐合带（ITCZ）22-25
• 1.3 西太平洋暖池区古海洋学研究进展及存在问题25-36
• 1.3.1 WPWP在过去气候变化中的角色25-27
• 1.3.2 LGM时期热带太平洋的气候状态27-28
• 1.3.3 冷暖期与不同ENSO-like状态的对应关系28-30
• 1.3.4 ITCZ与热带太平洋水文变化30-32
• 1.3.5 地球轨道参数对气候变化的影响32-36
• 1.4 主要研究目标36-37
• 第二章 区域地质与环境37-49
• 2.1 ontong Java海台区域地质特征37-38
• 2.2 西太平洋暖池核心区水文特征38-46
• 2.3 西太平洋暖池核心区气候特征46-49
• 第三章 研究材料和方法49-58
• 3.1 研究材料49
• 3.2 研究方法49-58
• 3.2.1 微体古生物样品处理49-50
• 3.2.2 有孔虫鉴定统计50
• 3.2.3 年龄框架50-52
• 3.2.4 有孔虫稳定氧碳同位素分析52-54
• 3.2.5 浮游有孔虫Mg/Ca比值分析54-57
• 3.2.6 频谱分析57-58
• 第四章 研究结果58-81
• 4.1 浮游有孔虫群落组合58-63
• 4.2 有孔虫壳体氧同位素63-66
• 4.3 有孔虫壳体碳同位素66-70
• 4.4 浮游有孔虫Mg/Ca70-73
• 4.5 上层水体古温度73-78
• 4.6 上层水体古盐度78-81
• 第五章 西太平洋暖池核心区上层水体结构演化81-125
• 5.1 表层海水温度演化81-87
• 5.1.1 冰体积变化的热带SST阈值81-85
• 5.1.2 MIS 6 时期SST与 δ18O变化异常85-87
• 5.2 次表层水温度演化87-97
• 5.2.1 溶解事件影响92-94
• 5.2.2 温跃层变化94-97
• 5.3 障碍层97-106
• 5.3.1 障碍层定义97-98
• 5.3.2 障碍层作用98-103
• 5.3.3 过去障碍层重建103-106
• 5.4 冰消期赤道太平洋中深层上涌106-123
• 5.4.1 冰消期 δ13C宽幅低值事件112-114
• 5.4.2 冰消期 Δδ13Cp-b低值114-119
• 5.4.3 古生产力证据119-123
• 5.5 小结123-125
• 第六章 热带太平洋ENSO-LIKE变化125-138
• 6.1 冰期时的La Ni?a-like状态125-127
• 6.2 过去 360 kyr来纬向与经向SST梯度的协变性127-129
• 6.3 快速变化期时的El Ni?o-like状态129-131
• 6.4 垂向温度差值的证据131-137
• 6.5 古生产力证据137
• 6.6 小结137-138
• 第七章 暖池核心区36万年来降雨变化138-146
• 7.1 暖池核心区 360 ka以来水文变化138-141
• 7.2 暖池核心区水文变化机制141-144
• 7.3 小结144-146
• 第八章 结论146-147
• 作者简历147
• 论文发表情况147-148
• 参考文献148-172

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