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中科院青藏高原所陈发虎院士团队发现 亚洲沙尘暴两千年前主因已为人类

来源: 中国日报网
2020-02-21 14:36 
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依托距今2250年的高山湖泊记录,对比粉尘源区人口数量、夏季风降水量和沙尘暴强度后,兰州大学西部环境教育部重点实验室、中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士团队揭示,两千年前,人类活动已成为影响亚洲沙尘暴的主要因素。该成果英国时间20日上午10时(北京时间20日18时)发表于《自然—通讯》(Nature Communications),可为我国北方干旱半干旱区的人类活动和植树造林的政策调控提供科学支撑。

该论文的并列第一作者与通讯作者,中科院青藏高原所陈发虎院士表示,科学评估自然气候变化和人类活动在沙尘暴中的相对贡献是极具挑战的前沿科学问题。团队过去的研究发现,东亚夏季风降水变化对中国文明的历史演化具有重要的影响,如在工业革命以前,季风增强时,朝代强盛(如汉、唐、宋);而季风减弱时,朝代容易发生更替(如唐末、元末、明末)。目前,我国对过去两千年来气候变化对社会经济及朝代更替的影响已经有较好的研究,拥有相关的可靠演化历史重建及其影响的关联研究。

但是,对于东亚夏季风降水引起文明更替后的生态效应一直是未被科学界探索的科学问题,特别是气候环境变化导致人类活动变化,进而影响生态环境改变还缺少科学考证。

为解决这一科学问题,2009年9月,陈发虎带领团队钻取了山西北部,吕梁山山顶名为“公海”的高山湖泊的湖芯样本。“该湖泊位于黄土高原之上,没有受到直接人类活动干扰,是研究亚洲沙尘暴变化与人类活动关系的理想载体。”陈发虎说。

黄土高原是世界上面积最大、沉积最厚的沙尘暴堆积区,其面积达到64万平方公里。粉尘从源区扬起,大量沉降到黄土高原,因此,该区域的研究可揭示亚洲沙尘暴的历史。

通过提取样品中的沙尘暴组分(沉积物中直径为19至78微米的颗粒),团队重建了过去2000年亚洲沙尘暴的历史。“该湖芯样本覆盖了过去2250年的沙尘暴记录。最早可追溯到从公元前230年,与秦朝建立的时间相当。”该论文的并列第一作者兰州大学资源环境学院在读博士生陈圣乾说。

通过对比过去2000年沙尘暴记录、粉尘源区人口数量以及夏季风雨量,团队揭示了两千年来亚洲沙尘暴的变化规律——东亚夏季风增强时,降雨增加,生态趋好,战乱减少,王朝兴盛(如汉、唐、北宋、明朝等),人口迅速增加,农业发展,开垦草原和荒漠草原为农田,林草植被遭到破坏,进而粉尘源区扩展,最终导致沙尘暴活动快速上升;相反,东亚夏季风减弱时,降雨减少,气候恶化,国家动乱纷争(如魏晋南北朝、五代十国、南宋等),人口迅速减少,游牧民族南侵,农牧界线南移,沙尘源区植被恢复,生态环境转好,沙尘暴活动减少。以上研究表明,东亚夏季风降水变化不仅对我国朝代文明的更替具有重要的影响,还产生巨大生态效应。

“两千年前,人类活动已超越自然变率,成为影响亚洲沙尘暴的主要因素。”该论文的通讯作者,中科院青藏高原所刘建宝研究员说。不论未来气候如何变化,减少人类活动是控制该地区沙尘暴活动唯一有效的措施。因此,在该地区因地制宜地实施可持续土地利用政策(如退耕还林还草)将十分重要。

近年来,在季风气候变化及其影响领域,陈发虎院士主导的团队取得了一系列新成果。特别是在全新世东亚夏季风演化历史及其驱动机制、自然和人为暖期夏季风变化对湖泊生态系统的影响迥异、东亚夏季风影响下人类活动对地表过程的影响等方面取得了重要突破,连续在Nature Climate Change、Nature Communications、PNAS等国际顶级期刊发表论文,极大拓展和丰富了地理学研究,深化了学术界对原有东亚夏季风系统理论的认知,三篇论文入选ESI前1%高被引论文。

该研究受到国家自然科学基金(项目号:41790421, 41722105)的资助。

图1 课题组成员野外钻取湖芯

图2 过去2000年沙尘暴记录(b)和粉尘源区人口(a)以及夏季风雨量(c)的对比

中国日报甘肃记者站,中科院青藏高原所供图

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