古气候学  070905M04002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:熊尚发,吴海斌,赵艳,刘晓东
授课时间: 星期二,第1、2 节
授课地点: 教二楼229
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期四,第1、2 节
授课地点: 教二楼229
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070905M04002H 课时: 60 学分: 4.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:熊尚发,吴海斌,赵艳,刘晓东 助教:刘平
英文名称: Paleoclimatology 召集人:

教学目的、要求

本课程为第四纪地质学、古地理学、古生物学、沉积学、自然地理学等专业研究生的核心课程。古气候学是通过地质-生物记录与模拟手段,研究地质历史时期气候变化的特征、过程和机制的学科。地质历史时期气候变化可从构造尺度、轨道尺度和短尺度三个时间尺度进行观察和研究。本课程试图从全球视角,以米兰科维奇理论和碳循环、季风变化、全球冰量等关键过程为主线,结合我国古气候研究的实践,阐述古气候学的基本概念、核心内容及其与地球系统科学的关联,旨在使学生对地质历史时期气候变化过程与机制有一个框架性和整体性的理解认知。

预修课程

第四纪地质与环境、第四纪年代学,沉积与环境

教 材

1.	刘东生等,《黄土与环境》,科学出版社,北京,1985

2.	Williams et al. (刘东生等编译),《第四纪环境》,科学出版社,北京,1997

主要内容

第一部分 概论



1. 研究内容与研究简史

1.1 研究范畴与研究历史简介

1.2 古气候学与地球系统科学

1.3 古气候学与社会需求

1.4 国内外相关研究计划简介



2. 古气候研究中的科学方法论

2.1 波普尔的科学方法论简介

2.2 古气候学研究的基本原理

2.3 运用可证伪性原理分析古气候研究案例



第二部分 古气候记录



1.	古气候记录的原理

1.1	记录的类型

1.2	从记录到指标

1.3	指标的原理

1.4 从指标到古气候重建



2. 海洋记录

2.1 海洋记录简介

2.2 海洋沉积记录

2.3 有孔虫和海洋微体古生物

2.4 深海氧同位素记录

2.5 海洋碳同位素记录

2.6 海洋生物标志物与古温度、盐度记录

2.7 珊瑚记录

2.8 海洋生产力记录

2.9 古CO2浓度记录

2.10 陆地风化剥蚀的海洋记录

2.11 近岸风场、风力和降水变化记录

2.12 古气候与海洋化学的长期演化



3. 陆地记录

3.1 陆地记录简介

3.2 黄土记录与中国黄土时间标尺

3.3 湖泊记录

3.4 岩溶洞穴沉积记录

3.5 河流沉积、冰川沉积与古气候

3.6 树木年轮记录

3.7 历史气候记录

3.8 陆相生物化石记录



4. 冰芯记录

4.1 全球冰芯记录介绍

4.1 冰芯记录的时间标尺

4.3 冰芯中的稳定同位素记录

4.4 冰芯温室气体记录

4.5 冰芯粉尘和火山灰记录

4.6 冰芯与古气候对比



5. 古气候参数的定量化重建

5.1 基本原理和常用方法概述

5.2 基于统计模型的定量化重建

5.3 基于记录-数值模拟结合的定量化重建

5.4 气候模式与定量重建

5.5 其它古气候定量重建方法

5.6 不同方法的优势和局限性



第三部分 典型气候过程与圈层相互作用



1. 基本大气过程

1.1 基本概念与气候分类

1.2 行星风系与大气环流

1.3 全球和亚洲的季风

1.4 厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、沃克(Walker)环流

1.5 温室气体与温室效应

1.6 新生代大气环流和大气成分变革与气候

1.7 冰期-间冰期旋回与大气环流和大气成分变化



2. 典型海洋过程与大洋环流

2.1 大洋环流与气候

2.2 构造变动与大洋环流

2.3 新生代大洋环流变革历史及气候效应

2.4 海洋碳库与碳循环



3. 典型陆地过程

3.1 陆面过程简介

3.2 陆地下垫面变化与气候

3.3 地貌演化与气候

3.4 气溶胶的气候效应

3.5 大陆冰盖演化过程与气候

3.6 陆地生态系统碳循环与海-陆-气碳库交换过程

3.7 化学风化与古气候

3.8 冻土过程与碳循环



第四部分 气候系统历史



1. 地球早期的气候

1.1 地球历史上的冰期概述

1.2 地球早期水、O2和CO2的变化历史

1.3 雪球地球假说



2. 古生代气候

2.1 古生代气候概述

2.2 构造变动、陆地植物早期演化与气候变化

2.3 老红砂、古生代红层与气候

2.4 石炭-二叠纪冰期

2.5 古生代生物灭绝事件与气候变化的可能关系



3. 中生代气候

3.1 Pangea(超大陆)聚合-开裂与中生代地球气候

3.2 超强季风(Mega-Monsoon)

3.3 白垩纪气候

3.4 中生代-新生代的气候过渡



4. 新生代气候历史概述

4.1 新生代气候变化的趋势和周期特征

4.2 新生代CO2浓度变化



5. 古近纪和新近纪的重要气候事件

5.1重要的气候、构造和生物事件概述

5.2古新世/始新世高温事件(PETM)

5.3 始新世/渐新世(E/O)转折与早渐新世冰盖扩张

5.4 晚渐新世增温与早中新世变冷

5.5 中中新世暖期(Mid-Miocene Climate Optimum)

5.6 中新世南极冰盖的扩张

5.7 晚中新世的北极冰川/冰盖状况

5.8 上新世暖期

5.9 上新世/更新世过渡期的气候与北极冰盖扩张



6. 第四纪的重要气候事件

6.1 第四纪气候的阶段性特点

6.2 中更新世转折(Mid-Pleistocene Transition)

6.3 中布容事件(Mid-Brunhes Event)

6.4 冰期-间冰期旋回中南北半球气候的耦合与非耦合性



7. 第四纪气候的不稳定性

7.1 气候不稳定性的记录

7.2 气候不稳定性事件与气候快速变化旋回

7.3 气候不稳定性的区域表现和南北半球联系



8.全新世的主要气候事件

8.1 末次冰消期

8.2 全新世气候的总体特征

8.3 全新世大暖期

8.4 全新世气候变化的不稳定性

8.5 中世纪温暖期与小冰期



第五部分 气候变化机制



1. 机制研究的思路与方法

1.1 基于记录对比的机制研究

1.2 基于概念模式的机制研究

1.3 基于气候数值模拟的机制研究



2. 古气候模拟

2.1 气候模型简介

2.2 对早期地球气候的模拟实践

2.3 新生代气候模拟

2.4 第四纪气候模拟

2.5 全新世气候模拟



3. 构造尺度的气候变化机制

3.1 地球气候的两种状态(冰室和温室气候)

3.2  CO2、海洋化学、造山运动与冰室-温室气候

3.3 有关构造尺度气候变化机制的理论与假说

3.4 新生代构造尺度气候变化的机制

3.5 第四纪构造尺度气候变化机制



4. 轨道尺度气候变化机制

4.1 气候变化的天文理论

4.2 地球轨道参数与日照量

4.3 米兰科维奇理论对气候记录的成功解释

4.4 轨道尺度气候响应的纬度效应与地理过滤器

4.5 温盐环流与轨道尺度气候变化

4.6 响应关键区域和响应传输链条

4.7 轨道尺度气候周期的长期演变

4.8 轨道尺度南北半球气候的耦合问题

4.9 米兰科维奇理论面临的问题



5. 亚轨道尺度气候变化的机制

5.1 千年-百年尺度气候变化的周期性和非周期性

5.2 千年-百年尺度气候变化机制

5.3 两极跷跷板效应(Bipolar Seesaw)

5.4 冰盖消融与气候突变事件

5.5 年际-年代际气候变化历史

5.6 年际-年代际气候变化的可能机制

5.7 人类活动的气候效应



第六部分 中国的新生代气候



1. 中国新生代古气候研究概况

1.1中国新生代气候格局演变与全球气候

1.2中国新生代古气候研究的重要主题

1.3中国新生代古气候研究的重要成果举例

参考文献

1.	刘东生等,《黄土与环境》,科学出版社,北京,1985

2.	Williams et al. (刘东生等编译),《第四纪环境》,科学出版社,北京,1997

3.	William F. Ruddiman, Earth climate--Past and future, W.H. Freeman and Company, 2000

4.	刘东生等,《黄土与干旱环境》,安徽科学技术出版社,2009 

5.	Raymond S. Bradley, Paleoclimatology: Reconstructing Climates of the Quaternary, Third Edition, Academic Press, 2014