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化石大數據和氣候模型共同揭示了新生代青藏高原氣候演變及其驅動因素

   青藏高原的形成與演變是新生代全球最為重要的地質構造運動之一,研究該區域的氣候演變,可為探討高原生長與氣候變化以及生態環境變化的耦合關係提供重要科學依據。但青藏高原地區由於受高原生長和新特提斯洋退卻等因素的影響,該地區氣候存在更為顯著的區域影響因素。青藏高原在長時間尺度上的古氣候如何演變,驅動的主要機製是什麼,還缺乏綜合性的深入研究。

  地球科學大數據與模型模擬結合已成為研究地球環境變化與生物演化的重要手段。植物化石和模型模擬可以相互驗證,互為補充,深化我們對地質曆史時期古氣候演變的理解。該研究綜合青藏高原地區已發表的古近紀和新近紀48個化石點的植物化石數據,采用生物氣候分析法和聯合概率密度函數法定量重建了青藏高原地區的古氣候,並利用英國布裏斯托大學哈德萊中心海氣耦合模式HadCM3L模型進行了古近紀和新近紀不同地質曆史時期的古氣候模擬。通過綜合對比植物化石數據、古氣候模擬和其他代理指標恢複的古氣候,結果表明:在新生代全球氣候變冷和青藏高原隆升的影響下,青藏高原地區的氣候呈現逐漸變冷的趨勢。尤其是自晚始新世以來,青藏高原的快速隆升使該區域氣候變化更加顯著:溫度由之前的緯度分布格局轉變為由地形地貌主導的分布格局,隨著青藏高原東北向生長,溫度降低和降水減少的範圍向高原的東北方向擴展。 

  這一研究整合了青藏高原科學考察幾十年來的植物化石數據,尤其是近年來第二次青藏高原科學考察研究的成果,首次將青藏高原植物化石和古氣候數值模擬結合,對青藏高原新生代氣候演變及其驅動因子進行了深入探討,表明高原抬升等地質構造活動對該地區的氣候和生態環境具有重要驅動作用。這對我們進一步理解青藏高原新生代以來的地質構造-氣候-生態環境演變之間的耦合關係提供了重要科學線索。 

  相關研究成果以古近紀至新近紀青藏高原的氣候演變及其驅動因素(The Paleogene to Neogene climate evolution and driving factors on the Qinghai-Tibetan Plateau)”為題,發表在《中國科學:地球科學》及該期刊英文版Science China: Earth Sciences上。版納植物園古生態研究組碩士研究生趙佳港為該論文第一作者,導師李樹峰副研究員蘇濤研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國科學院第二次青藏高原綜合科學考察研究項目、國家自然科學基金麵上項目和雲南省自然科學基金項目資助。 

1. 全球CO2濃度(a), 以及全球溫度(b)和模型模擬(d)、不同指標定量重建((e)~(g))青藏高原溫度的比較

(a) 新生代全球CO2濃度曲線改自Tierney(2020)通過綜合多種代理指標恢複的全球CO2濃度誤差為1σ; (b) 新生代全球溫度曲線改自Westerhold(2020)通過深海底棲有孔蟲氧同位素恢複的溫度曲線; (c) 模型模擬的青藏高原不同時期的海拔高度

2. 聯合概率密度函數法(點和圓圈)和模型模擬年均溫的比較

圖中棕色曲線為3000米等高線

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