本书以“记录—集成—模拟—应用”为核心脉络,系统梳理古气候研究的原理、测年技术、代用指标(冰芯、树轮、黄土、石笋、湖泊与海洋沉积等),并深入讲解数据同化、气候场重建方法,以及古气候模拟中的数值试验设计与不确定性评估。主要内容包括地球2.5亿年以来各时段的气候变化特征、驱动机制与生物响应,重点呈现全新世及过去2000年的高分辨率气候演化过程,及其与人类文明的互动关系。
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目录
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第1章 绪论 1
1.1 古气候研究的意义 1
1.2 古气候研究的原理和假设 3
1.2.1 均一性原理 3
1.2.2 协同性原理 4
1.2.3 全息性原理 5
1.2.4 气候重建的不确定性 5
1.3 古气候研究进展 6
1.3.1 古气候应用研究进展 6
1.3.2 古气候模拟研究进展 9
第2章 气候变化的特征和驱动因子 13
2.1 气候变化的特征 14
2.2 气候变化的驱动因子 20
2.2.1 自然驱动因子 21
2.2.2 人为驱动因子 32
2.3 气候变化的时间尺度 36
第3章 古气候测年 38
3.1 放射性同位素法 39
3.1.1 14C定年 42
3.1.2 210Pb测年 45
3.1.3 137Cs测年 45
3.1.4 40K/40Ar测年 46
3.2 辐射损伤测年 48
3.2.1 热释光测年 49
3.2.2 光释光测年 50
3.2.3 裂变径迹测年 52
3.3 古地磁学方法 53
3.3.1 古地磁时间标度 55
3.3.2 地磁漂移 55
3.3.3 古地磁强度相对变化 56
3.3.4 地球磁场的长期变化 57
3.4 化学测年 58
3.4.1 氨基酸测年 59
3.4.2 黑曜石水化测年 60
3.4.3 火山灰年代学 61
3.5 生物测年 62
3.5.1 地衣测年 62
3.5.2 树轮年代学 63
第4章 古气候代用资料 65
4.1 海洋沉积物 66
4.1.1 海洋岩心生物材料 68
4.1.2 古海洋环境重建 70
4.1.3 海洋记录中的突变事件 73
4.2 黄土和古土壤 74
4.2.1 黄土古溶胶层序年表 75
4.2.2 黄土–古土壤序列 76
4.3 湖积沉积物 77
4.3.1 沉积学和无机地球化学 78
4.3.2 生物指标 80
4.3.3 稳定同位素 83
4.4 冰芯 84
4.4.1 冰芯测年 86
4.4.2 基于冰芯的古气候重建 87
4.4.3 冰芯记录的气候事件 89
4.4.4 青藏高原山地冰芯记录 90
4.5 树木年轮 91
4.5.1 交叉定年和主要指标 92
4.5.2 北半球温度的重建 93
4.5.3 干旱重建 96
4.5.4 大气环流模式的重建 98
4.6 历史文献 99
4.6.1 资料分类与信息收集 100
4.6.2 历史文献气候重建方法 101
4.6.3 基于历史文献的重建 103
4.7 其他代用资料 105
第5章 古气候数据集成和同化 107
5.1 古气候数据集成 108
5.1.1 主要集成方法 108
5.1.2 气候场重建方法 110
5.1.3 气候重建的信度评估 112
5.1.4 挑战与争议 115
5.2 古气候数据同化 117
5.2.1 主要同化方法 118
5.2.2 挑战和未来 120
第6章 古气候模拟 123
6.1 古气候模拟研究的意义 123
6.2 古气候模拟的工具:气候模式 125
6.2.1 气候模式的定义 125
6.2.2 气候模拟方法的优点 126
6.2.3 气候模式的发展历程 126
6.3 古气候模拟试验 130
6.3.1 古气候模拟试验的边界场 131
6.3.2 常见古气候模拟试验介绍 137
第7章 地质时期的气候变化 140
7.1 古生代与气候变化 140
7.1.1 古生代主要地质事件 141
7.1.2 古生代的生物演化 143
7.2 中生代气候变化 145
7.2.1 中生代主要地质事件 146
7.2.2 中生代的生物演化 148
7.3 新生代气候变化 149
7.4 第四纪气候变化 156
第8章 全新世以来的气候变化 161
8.1 全新世气候变化 161
8.2 过去2000 年气候变化 165
8.3 人类文明与现代气候变暖 169
8.4 现代暖期的历史地位 172
参考文献 178