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课题设置  

第一课题:全新世以来气候-水文变化过程与空间分异

研究目标:

       以亚洲中部干旱区多尺度水文气候变化的时空特征及驱动机制为研究重点,以山地黄土、湖泊和树轮为研究载体,利用多种气候环境变化代用指标(包括微体化石,元素,GDGTs 和叶蜡化合物等生物分子标志物,树轮宽度、密度和氧同位素等)重建全新世多尺度(千年、百年、年代际-年际)气候-水文变化和事件序列,特别是重大突变事件的时空格局、幅度及对盆地水资源的影响,揭示其关键驱动因子以及物理机制。

研究内容:

① 全新世千年尺度气候环境变化框架
        在塔吉克斯坦和伊朗黄土高原两处典型剖面采集年代学样品和散样,以光释光方法结合磁性地层学,建立年代框架;对表土进行磁学分析、扫描电镜观测、XRD 衍射测试、沉积学(粒度分析)、叶蜡化合物氢同位素、GDGT 等进行测试,建立转换方程;分别利用生标重建全新世年均温变化和降水同位素变化,与可以反映温度和降水变化的磁学指标相互验证,构建全新世温度、降水变化框架,重建全新世千年尺度气候-水文变化框架。

② 全新世百年-年代际尺度气候、水文变化格局与重大水文事件
      在现代过程研究(湖泊表层沉积物、表土等)基础上,在五个典型湖泊(塔吉克斯坦的Sasik Kul 湖、伊朗的Almalou 湖、Bazagan 湖、新疆的大龙池和巴基斯坦北部Saifulmuluk 湖)采集沉积物岩芯;利用AMS 14C 和210Pb/137Cs 建立可靠的湖泊岩芯年龄控制;对岩芯进行XRF 扫描,进行多种物理、化学、生物指标分析;重建亚洲中部干旱区全新世百年-年代际尺度分辨率温度、降水、水文、生态变化格局。利用湖泊同位素模型、结合其他指标记录重建不同湖泊水文过程。利用多元统计分析方法辨识全新世重大气候-水文事件,并阐释重大气候-水文事件的时空格局、变化幅度、区域差异。

③ 晚全新世年际尺度气候、水文变化格局与重大水文事件

       在阿姆河/锡尔河-咸海、开都河-博斯腾湖,伊犁河-巴尔喀什湖,额尔吉斯河-乌伦古湖,泽拉夫尚河等亚洲中部干旱区典型河流-湖泊流域采集树轮样品;在交叉定年基础上,利用树轮宽度、密度、稳定同位素等多种指标重建过去千年来水文气候变化序列,分析典型区域水文气候要素的不同时间尺度的变化特征、周期、幅度。分析极端水文事件对气候变化的敏感性;分析研究气候水文要素异变特征和空间分布格局;研究气候水文要素异变与极端水文事件/洪旱频度、强度变化的内在关系和突变检测;分析极端水文事件发生频率和强度对气候变化的响应。

④ 亚洲中部干旱区全新世不同时间尺度气候-水文变化序列集成与重大事件识别

       在获得全新世千年尺度、百年-年代际尺度、年际尺度气候水文变化序列与重大气候水文事件的基础上,结合第四课题获得的古绿洲记录,综合研究亚洲中部干旱区全新世山地气候水文变化与盆地水资源的耦合关系,并为第四课题提供全新世气候环境变化背景和水文变化序列。

承担单位:
中国科学院青藏高原研究所
兰州大学
中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所

课题负责人:侯居峙

课题骨干:陈建徽、陈峰、周爱锋、魏海涛

 

第二课题:东西方交流与丝路文明的发展和演化

研究目标:

       本课题拟解决的关键科学问题是:亚洲中部干旱区气候水文变化时空特征及驱动机制怎样、 丝路文明兴衰过程和影响因素为何、气候-水文-绿洲-文明系统演化规律和动力机制怎样。

研究内容:

①史前时代亚洲中部干旱区人类迁徙和扩散历史

        对亚洲中部干旱区的史前遗址开展系统调查和测年,建立旧石器时代、新石器时代和青铜时代人类活动的时空框架;对器物类型开展鉴定分析,研究不同区域间的文化传承和交流过程;对不同区域遗址出土的人和动物遗存开展同位素分析和古DNA 分析,研究亚洲中部干旱区史前时代不同阶段人和动物迁徙和早期贸易的过程,以及亚洲中部干旱区史前人类扩散的历史。
② 丝绸之路形成之前的欧亚大陆东西方文化交流过程

        对史前遗址出土的动物、植物和器物遗存开展鉴定,分析其指示的文化来源。对史前遗址中的文化元素开展鉴定分析,探明亚洲中部干旱区东西方文化元素出现的时代,追踪东西方文化元素在亚洲中部干旱区的汇聚过程和频率及分布区域的变化;汇总分析研究数据,揭示史前时代东西方文化交流最早出现和逐步强化的过程,探讨其对丝绸之路形成的影响。

③ 历史时期亚洲中部干旱区丝路文明演化的重大事件

       收集整理历史文献资料,提取和分析亚洲中部干旱区汉代以来丝路沿线古国的兴衰过程、丝绸之路交通网络变迁的历史过程、丝路文明发展中的重要历史事件(商贸、战争、民族迁徙、宗教、疾病等)等信息,对文献资料缺失地区的历史时期的古城和古遗址开展系统调查和年代测试,以及民族学调查,揭示亚洲中部干旱区历史时期丝路文明兴衰和丝路变迁的时空过程。

④ 近百年亚洲中部干旱区环境变化与社会经济发展

        总结亚洲中部地区近百年来沙漠化的基本事实,梳理沙漠化扩展和逆转基本情况。从气候变化和人类活动两个方面,对沙漠化的成因进行定性与定量分析;研究沙漠化对生态环境和社会经济发展的影响;梳理近百年来亚洲中部典型绿洲兴衰的变化过程,并分析绿洲兴衰的原因。从自然环境和人文环境两个方面,定性和定量分析绿洲兴衰过程中自然因素和社会经济发展等人文因素所起的作用。

承担单位

兰州大学
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

课题负责人:董广辉

课题骨干:徐黎丽、张东菊、马敏敏、杨国靖

 

第三课题:多时间尺度气候-水文变化机制

研究目标:

       探究全新世以来气候突变事件对亚洲中部干旱区气候-水文变化的影响、过程及其气候动力
学机制;阐明亚洲中部干旱区现代气候-水文在年际、年代际尺度上变化的基本事实和演变特征,揭示其驱动机制;科学预估全球增暖2℃背景下亚洲中部干旱区气候-水文变化特征,为评估其对丝绸文明发展的可能影响提供科学依据。

研究内容:

① 全新世亚洲中部干旱区不同时间尺度气候变化和突变事件的模拟研究

       全新世以来亚洲中部干旱区气候时空演变的动力学过程研究。利用全球气候模式开展全新世以来的气候瞬变模拟试验,研究全新世百年至千年尺度亚洲中部干旱区气候的时空演变特征,探讨不同外强迫条件影响亚洲中部干旱区气候演变的动力学机制;利用水文模式,结合项目获取的亚洲中部干旱区全新世高分辨率气候记录,研究10ka、8ka、6ka 前后等特征时段干旱区的水文变化的空间格局与成因。

② 过去百年亚洲中部干旱区年代际-年际尺度气候变化

       a. 利用器测、卫星遥感、再分析等多源资料,研究过去百年亚洲中部干旱区降水和水热配置的年代际变化特征和演变规律。通过对资料以及全球气候模式结果的分析,研究亚洲中部干旱区水热配置的变化与大西洋多年代际振荡和太平洋年代际振荡等主要年代际模态的相互关联。
       b.利用多源资料,研究过去百年亚洲中部干旱区气温、降水以及水热配置的年际变异特征;通过对资料以及全球气候模式结果的分析,研究北大西洋涛动、北极涛动以及北极海冰变化等对亚洲中部干旱区气候变化的影响。
       c. 分析CMIP5 或CMIP6 全球气候模式模拟试验结果,研究太阳辐射、温室气体和人为排放气溶胶等主要外强迫因子对亚洲中部干旱区气候-水文变化的影响。
      d. 利用多源资料,分析亚洲中部干旱区过去50-100 年陆气相互作用的时空变化、大气水分循环要素及水汽源-汇结构演变的多时间尺度(年代际变化-年际变异-季节调整)特征和演变规律及机制。
       e.利用大气环流模式及简化的机制诊断模式研究年代际、年际尺度上,北大西洋海温、太平洋海温和北极海冰异常对亚洲中部干旱区气候-水文变化的协同影响,从大气环流遥相关型和波流相互作用的角度探讨影响的动力学机制。

③ 未来全球增温2℃背景下亚洲中部干旱区气候-水文的时空特征

     利用区域气候模式和CMIP5/CMIP6 未来预估试验结果,开展多全球气候模式驱动下的高分辨率区域模式现代气候集合摸拟和未来增暖集合预估试验,并利用水文模式,科学预估未来全球增暖2℃背景下亚洲中部干旱区气候-水文变化特征。

承担单位:

中国科学院大气物理研究所
兰州大学
中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所

课题负责人:郜永祺

课题骨干:李双林、张旭、杨莲梅、王涛

 

第四课题:气候变化-东西方文化交流及其对丝路文明的影响

研究目标:

       亚洲中部干旱区丝绸之路关键节点气候环境变化和历史时期绿洲演化过程的研究仍十分薄弱,影响丝路文明变迁的自然因素和人文因素尚不清楚。针对上述问题,本课题拟开展关于
气候-水文-绿洲-文明的综合研究。拟解决的关键科学问题或关键技术问题是:(1)亚洲中部 干旱区丝绸之路关键节点与古文明直接相关的古绿洲演化过程是怎样的?(2)如何辨识影 响丝路文明变迁的人文因素和自然因素?(3)如何整合多学科的数据,通过何种方法建立可信的“气候-水文-绿洲-文明”系统演化的概念模型?(4)如何准确描述全球增暖2℃背景下丝路关键节点地区极端气候水文事件的特征,进而科学预估气候环境变化对丝路文明发展的影响?本课题有望查明中亚干旱区丝路关键节点区域绿洲演化过程,辨识影响丝路文明变迁的自然因素和人文因素,构建阐释“气候-水文-绿洲-文明”系统演化的概念模型,预估全球增暖2℃背景下气候环境变化对丝路文明发展的影响。

研究内容:

① 亚洲中部干旱区丝路关键节点区域绿洲演化过程

       a. 亚洲中部干旱区丝路关键节点全新世以来绿洲演化过程
选择亚洲中部干旱区丝绸之路关键节点的绿洲为研究对象。通过地质地貌调查,以胡杨林地风成沙-腐殖土沉积序列为主的剖面获取测年和古环境记录样品;结合14C 测年和光释光测年方法获取年代学序列,通过古环境代用指标测试,重建丝绸之路关键节点地区全新世古绿洲演化的时空过程。
       b. 亚洲中部干旱区丝路关键节点历史时期绿洲演化过程
结合文献、考古资料和野外考察,获得关键节点不同类型古遗址的详细信息,利用1950 年以来的航空和卫星像片、遥感影像和陆地卫星遥感影像,通过GIS 方法的运用,定量刻画绿洲的空间格局演化过程。

② “气候-水文-绿洲-文明”系统演化的概念模型的构建

      查明影响区域尺度丝路文明兴衰的自然因素和人文因素,评估各自权重及关联机制,提出区域尺度“气候-水文-绿洲-文明”系统演化的概念模型。将丝绸之路不同关键节点区域的研究结果进行对比,分析不同区域和不同时间阶段文化兴衰及主导影响因素的共同规律和空间差异,通过气候格局、水文变化、绿洲演化到丝路文明兴衰各环节的相关性分析和耦合模型的构建,建立描述大陆尺度气候-水文-绿洲-文明系统演化的概念模型。

③ 预估全球增暖2℃亚洲中部干旱区极端事件及对丝路文明发展的影响

       利用亚洲中部干旱区高分辨率区域气候模式数据,分析在未来全球增暖2℃背景下,关键节点地区极端气候水文事件的特征,并与现代气候动力降尺度模拟的极端事件进行对比,阐明两种气候背景下极端事件特征的异同。
建立适用于亚洲中部干旱区的生态环境变化综合评估指标体系,结合区域经济社会现状和发展政策,参考项目构建的干旱区人地关系耦合机制模型,综合分析全球增暖2℃对区域经济社会和丝路文明发展的影响。

承担单位:

中国科学院青藏高原研究所
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
首都师范大学
兰州大学
中国科学院大气物理研究所

课题负责人:陈发虎

课题骨干: 赵晖、刘兴起、黄伟、王海鹏