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青藏高原所等發現亞洲沙塵暴兩千年前主因已為人類活動

2020-02-21 青藏高原研究所
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  依托距今2250年的高山湖泊記錄,對比粉塵源區人口數量、夏季風降水量和沙塵暴強度后,蘭州大學西部環境教育部重點實驗室、中國科學院青藏高原研究所陳發虎團隊揭示,兩千年前,人類活動已成為影響亞洲沙塵暴的主要因素。該成果英國時間2月20日上午10時(北京時間20日18時)發表于《自然—通訊》(Nature Communications),可為我國北方干旱半干旱區的人類活動和植樹造林的政策調控提供科學支撐。
  該論文的并列第一作者與通訊作者、中科院院士、中科院青藏高原所研究員陳發虎表示,科學評估自然氣候變化和人類活動在沙塵暴中的相對貢獻是極具挑戰的前沿科學問題。團隊過去的研究發現,東亞夏季風降水變化對中國文明的歷史演化具有重要影響,如在工業革命以前,季風增強時,朝代強盛(如漢、唐、宋);而季風減弱時,朝代容易發生更替(如唐末、元末、明末)。目前,我國對過去兩千年來氣候變化對社會經濟及朝代更替的影響已經有較好的研究,擁有相關的可靠演化歷史重建及其影響的關聯研究。
  但是,對于東亞夏季風降水引起文明更替后的生態效應一直是未被科學界探索的科學問題,特別是氣候環境變化導致人類活動變化,進而影響生態環境改變還缺少科學考證。
  該論文的通訊作者,青藏高原所研究員劉建寶表示,為解決這一科學問題,2009年9月,陳發虎帶領團隊鉆取了山西北部,呂梁山山頂名為“公海”的高山湖泊的湖芯樣本。“該湖泊位于黃土高原之上,沒有受到直接人類活動干擾,是研究亞洲沙塵暴變化與人類活動關系的理想載體。”劉建寶說。
  黃土高原是世界上面積最大、沉積最厚的沙塵暴堆積區,其面積達到64萬平方公里。粉塵從源區揚起,大量沉降到黃土高原,因此,該區域的研究可揭示亞洲沙塵暴的歷史。
  通過提取樣品中的沙塵暴組分(沉積物中直徑為19至78微米的顆粒),團隊重建了過去2000年亞洲沙塵暴的歷史。“該湖芯樣本覆蓋了過去2250年的沙塵暴記錄。最早可追溯到從公元前230年,與秦朝建立的時間相當。”該論文的并列第一作者蘭州大學資源環境學院在讀博士生陳圣乾說。
  通過對比過去2000年沙塵暴記錄、粉塵源區人口數量以及夏季風雨量,團隊揭示了兩千年來亞洲沙塵暴的變化規律——東亞夏季風增強時,降雨增加,生態趨好,戰亂減少,王朝興盛(如漢、唐、北宋、明朝等),人口迅速增加,農業發展,開墾草原和荒漠草原為農田,林草植被遭到破壞,進而粉塵源區擴展,最終導致沙塵暴活動快速上升;相反,東亞夏季風減弱時,降雨減少,氣候惡化,國家動亂紛爭(如魏晉南北朝、五代十國、南宋等),人口迅速減少,游牧民族南侵,農牧界線南移,沙塵源區植被恢復,生態環境轉好,沙塵暴活動減少。以上研究表明,東亞夏季風降水變化不僅對我國朝代文明的更替具有重要影響,還產生巨大生態效應。
  “兩千年前,人類活動已超越自然變率,成為影響亞洲沙塵暴的主要因素。”劉建寶說。不論未來氣候如何變化,減少人類活動是控制該地區沙塵暴活動唯一有效的措施。因此,在該地區因地制宜地實施可持續土地利用政策(如退耕還林還草)將十分重要。
  近年來,在季風氣候變化及其影響領域,陳發虎主導的團隊取得了一系列新成果。特別是在全新世東亞夏季風演化歷史及其驅動機制、自然和人為暖期夏季風變化對湖泊生態系統的影響迥異、東亞夏季風影響下人類活動對地表過程的影響等方面取得了突破,連續在Nature Climate ChangeNature CommunicationsPNAS 等國際期刊發表論文,極大拓展和豐富了地理學研究,深化了學術界對原有東亞夏季風系統理論的認知。
  該研究受到國家自然科學基金(項目號:41790421, 41722105)的資助。
圖1 課題組成員野外鉆取湖芯
圖2 過去2000年沙塵暴記錄(b)和粉塵源區人口(a)以及夏季風雨量(c)的對比
打印 責任編輯:葉瑞優

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