我国季风边缘地区(半干旱带)树轮反映的百年 尺度降水变化序列与趋势（刘禹等，2004）
二、物候学和生物学方法
II.
石笋方法： 石笋的形成：
溶洞都分布在石灰岩组成的山地中，石灰岩 的主要成分是碳酸钙。当遇到溶有二氧化碳的 水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙；溶 有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶 解在水里的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸 钙沉积下来，同时放出二氧化碳。洞顶的水在 慢慢向下渗漏时，水中的碳酸氢钙发生上述反 应，有的沉积在洞顶，有的沉积在洞底，日久 天长洞顶的形成钟乳石，洞底的形成石笋，当 钟乳石与石笋相连时就形成了石柱。
第二章 气候变化的研究方法

2.1 历史文献气候记载的研究方法
2.2 物候学和生物学方法
2.3 自然地理法 2.4 数值模拟方法
第二章 气候变化的研究方法

学习目标：
了解常用的几种研究气候变化的方法，掌握使用 代用资料进行气候变化的研究的必要性，难点

学习重点：
掌握树木年轮与石笋方法的优缺点
2、生物学




生物学方法：生物能够生存的地区都可能 遗留下过去不同气候时期的生物遗体。根 据生物体为外界环境统一体的原理可以推 测过去的气候。 选区生物气候指标的标准： 适应性能非常狭小的品种---“生态条件最 好的指示者”； 选择不良季节（冬季和旱季）和不良地区 进行对比
二、物候学和生物学方法
地下溶洞
A：钟乳石
B： 石柱
C： 石笋 形成顺序：
钟乳石
石笋
石柱
“喀斯特”(Karst)原是南 斯拉夫西北部伊斯特拉半 岛上的石灰岩高原的地名， 那里有发育典型的岩溶地 貌。“喀斯特”一词即为 岩溶地貌的代称。
中国是世界上对喀斯特地 貌现象记述和研究最早的 国家，早在晋代即有记载， 尤以明徐宏祖(1586～ 1641)所著的《徐霞客游 记》记述最为详尽。
1960
1980
2000
2020 年
乞里马扎罗山脉（坦桑尼亚）
北极海冰面 积明显减小。 春季海冰厚 度减少40%。 南极海冰面 积 1970 年 代 有显著减小 , 之后趋势不 明显。
（WMO,2003）
欧亚地区3~4月平均积雪面积变化
（WMO，2003）
欧亚地区的积雪面积不断减少， 尤其是20世纪70年代末以后出现明显的突变。


石灰岩(碳酸钙CaCO3)形成
溶蚀 作用 发育 条件 主要 景观 长时期的雨淋，使石灰质硬岩溶解 成流体物质的作用。 气候湿热、地形起伏小、植被少、 岩层致密等。 地表上的石林，地表下的石笋、石 柱、钟乳石，以及河流顺着裂隙向 下渗漏，潜入地下形成地下河。 分布 云南、贵州、广西（桂林） 地区


合理性分析 对比分析 均一化和参数化处理
一、历史文献气候记载的研究方法
旱涝等级法: 分区：根据资料的详细程度，将一大区域 依气候特点、水系和历史沿革等原因分成 若干小区 分级：将每个小区中的史料根据有关旱涝 的记载依不同程度给以一定的等级，使其 数字化，比如，将旱涝记载分为五级，分 别是涝、偏涝、正常、偏旱和旱。

玛珥湖


玛珥（Maar）是居住在德国莱茵地区的人们对当地有水的 湖泊、沼泽的称呼。19世纪早期，德国科学家Steininger最 早从德国西部艾费尔高原(Eifel)第四纪火山区的小而圆形的 火山口湖研究开始，初步把玛珥(Maar)定义为一种火山类型。 近年来，Buchel对德国西部Eifel区的玛珥进行了综合研究， 提出了玛珥即是由环形墙、火山口沉积物、火山筒和馈浆 通道组成的系统，并概括了玛珥发生发展的不同演化阶段。 玛珥湖区别于其它火山口湖的特点是平地爆发，蒸汽、泥 石同时喷发后形成火山口。 湛江湖光岩是中国研究玛珥湖的起点，自1996年以来，湖 光岩已列入中国国家自然科学基金和国际“欧亚玛珥湖” 研究计划等项目，并已取得重大的科研成果。湖光岩的玛 珥湖是世界上发现的最大玛珥湖，且保存得非常自然，完 整。
（Tan M， 2003）
2650年夏季气温重建（M Tan，2003）。绿实线是经过 101年低通滤波的曲线，显示了百年尺度变率。
和尚洞石笋年层厚度可作为东亚夏季风强度指标
Zhang PZ，2008，Nature
三、自然地理法
I. II.
根据海洋、江河、湖泊的水位变化推测气 候变化 海平面升降 河流流量 湖泊水位 根据冰雪变化推测气候变化 水面结冰变化：结冰日期、解冻日期、结 冰持续日数及冰层厚度等。 大陆冰雪变化：研究中最广泛采用的是冰 舌的进退、雪线的升降和极地冰层厚度变 化等参数。
三、自然地理法
III.

冰芯：
优点： 时间序列长：迄今取得万年高分辨率的序列； 季节，年高保真度； 低温条件多指标：海、陆、生物、人类污染、 外太空物质沉积后变化小：分子迁移相对小； 缺点： 耗资大工作相对艰苦。




三、自然地理法


冰芯中的主要气候环境代用指标 ：
三、自然地理法Байду номын сангаас

冰芯研究已经取得了丰硕成果：
3．恢复了古大气中温室气体含量变化。如南极 Vostok冰芯记录恢复了过去42万年以来的大气中温 室气体（CO2 和CH4）含量的变化，发现在过去的42 万年以来，大气中温室气体CO2的含量基本在180微 克-280微克波动，CH4含量在350ppb-800ppb波动。 而工业革命以来，大气中CO2和CH4含量迅速增加， 目前分别达到近385微克和1800ppb，为83万年以来 最大值。
一、历史文献气候记载的研究方法

欧洲有历史文献气候记载的年代在公元前 500年前后； 地中海东部、埃及等地区有历史文献气候 记载的年代在公元前1580年； 中国有历史文献气候记载的年代大约始于 周朝初期，公元前1100年左右。


一、历史文献气候记载的研究方法
历史文献的气候记载： 官方组织观测：天气日记、晴雨录和雨雪 分寸； 其他资料：历代史书、私人日志、游记、 方志等。
石笋中所含的气候信息
石 笋 年 层 厚 度
二、物候学和生物学方法
II.

石笋方法：
石笋与气候： 石笋中的δ18O、δ13C、灰度及年层厚度是较好 的气候代用指标 。


氧同位素（ δ18O ）指标： 华南、西南地区石笋δ18O记录指示的降水量效应 降水多， δ18O含量低。 降水少， δ18O含量高。 石笋年层厚度指标： 长江中游石笋年层厚度与东亚夏季风强度的关系 厚度厚，东亚夏季风弱 厚度薄，东亚夏季风强
冰舌
20条冰川 明显退缩
资料:World Glacier Monitoring Service http://www.geo.unizh.ch/wgms
1930年
15
冰 川 面 10 积 （ 平 方 5 公 里 ）
（IPCC，2001）
1970年 2000年 2001年
1900
1920
1940

一、历史文献气候记载的研究方法

研究方法：
收集气候资料
分析资料的可靠性 消除不可靠因素 利用适当的统计方法得到气候要素序列




一、历史文献气候记载的研究方法
解决资料可靠性问题的原则“去粗取精、 去伪存真”。 具体方法：


资料来源的总体分析：
官方组织的记载、私人的记载及地方官 吏委托文人编撰的。
土壤因子：土壤有机物和无机物的物理、
化学性质，以及土壤微生物等。 立地因子：坡向、坡度、海拔高度等。 生物因子。
气候是影响地球表面植被分布的重要条件，特别是热量 和水分以及二者的配合状况，气候随温度、经度和海拔高 度三方面的变化而变化，植被的分布也因此而改变。
植被的垂直带与水平带相关性
峰林
▲ 石灰岩地形图
悬崖
地下河
石笋
石柱 钟乳石
再 现 的 溪 流
云中的神啊，雾中的仙，神姿 仙态桂林的山。
情一样深啊，梦一样美，如情 似梦漓江的水！ 水几重啊，山几重？ 水绕山环桂林城…… 是山城啊，是水城， 都在青山绿水中……
贺敬之<桂林山水歌>节录
我国石笋研究的主要成果
▲
石花洞
万象洞 ▲
二、物候学和生物学方法
I.
① ② ① ②
树木年轮方法
优点： 易获得 年轮序列连续，易定年 缺点： 只适用于干旱和半干旱地区 、高纬度或高山 附近寒冷地区； 只能推测几年或几十年的气候变化，不能准确 推测逐年或世纪尺度的气候变化
什么是年轮
髓心
早材 晚材
年轮
低温
供水不足 光照少
有害气体 营养缺乏
8.2kaBP
-40 -45 -50 -55 0
Younger Drays， YD事件
3 6 9 12 15 Year / ka BP(thousand years before present) （Alley，2000）
三、自然地理法

冰芯研究已经取得了丰硕成果：
1．证实了Milankovich循环。目前,南极 Vostok冰芯重建了4个完整的冰期间冰期气候循环， Dome C冰芯重建了6个完整的冰期间冰期气候循环， 发现该地区冰期、间冰期的气温、温室气体(CH4、 CO2)含量变化以及大气气溶胶含量变化等都存在 地球轨道参数变化的周期，即具有明显的10万年、 4万年和2.3～1.9万年的周期。 2．揭示了快速气候变化事件。在短短的几十 年内就可完成从冷到暖的转变，温度变幅达15℃。 新仙女木事件是末次冰退期气候的快速转冷事件。 格陵兰冰芯记录表明，这一时期的温度低于现今 15 ℃左右，且其建立是极为迅速的,仅在5～20年 的时间内就完成了。