学习工作简历 / Academic Education & Work Career

1981 年 9 月 --1985 年 7 月，在西北大学地质系地质学专业学习，毕业后获学士学位。

1985 月 7 月 —2000 年 4 月，在中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室工作，环境磁学实验室负责。 1986 年被聘为研究实习员， 1992 年被聘为助理研究员， 1995 年被聘为副研究员， 2000 年 4 月被聘为研究员。

1994 年 9 月 --1997 年，在西安黄土室攻读博士学位。博士学位论文：晚新生代黄土高原风尘序列的磁性地层与古气候记录。

1990 年 11 月 --1992 年 2 月，在英国利物浦大学进修，并与该大学地磁实验室进行地磁场极性转换过程研究，在此期间参加了 1991 年在奥地利举行的国际地球物理大会，并作了学术报告。

1997 年 2 月 -1997 年 7 月，在英国利物浦大学进行“黄土高原红粘土序列的磁性地层”合作研究。

科研 /Research Activities

•  最近 25 万年黄土高原季风气候空间格局的演变， 47 万，基金委“九 . 五”重大项目二级课题，负责，正在进行。

•  南海所知识创新项目“晚第四纪南海季风事件及其机制”（编号： SC000502 ）， 30 万， 2001-2002 ，于 2002 年底结题。

•  自然科学基金“用珊瑚记录研究全新世适宜期季风气候的季节性与年际变率（批准号： 40272075 ）， 30 万， 2002 ， 12-2005 ， 12 ，进行中。

•  优秀博士学位论文支助课题“亚洲季风变迁中的海陆相互作用研究”（课题代号： 5210602 ）， 31 万， 2002 ， 9-2005 ， 12 ，进行中。

•  国家自然科学基金“黄土中冬季风和西风带信息的分析（ 49972056 ）”研究和总结工作， 2000 ， 12-2002 ， 12 ，于 2002 年底结题。

主要学术成就

1. 通过中国黄土地磁极性转换带的研究，发现了地球磁场极性转换过程的长期性和多次性特征。

地磁场极性转换机制是地球物理学研究的重要问题之一，通过极性转换记录来研究转换过程是探讨这一问题的可能途径，为此人们试图利用地球不同位置的转换过程记录来探讨极性转换期间地磁场特征，如转换场的性质、结构、强度及转换过程的时间和行为过程等。通过早期几个转换记录的研究，人们普遍认为转换过程为几千年的快速一次性过程。然而，这一观点没有得到以后所获得记录的证实和支持，同时人们认识到可靠的高分辨率记录是进行极性转换过程的关键。中国黄土以其连续和较高的沉积速率详实地记录了第四纪多次极性转换过程。在安芷生院士的指导下，申请者与英国利物浦大学合作，对黄土高原中部 4 个 B/M 或 M/G 极性转换带研究表明，地磁极性转换过程中为一个长期性的多次性过程，极性转换的时间可达到约 2 万年，而地磁场强度从极性转换前的衰减到转换后的恢复所需的时期更长；地磁极性转换由多个不完全的、从一种极性到相反极性的简单转换组成；转换场为不稳定的非轴对称场。这一研究得到了以后研究记录的支持，使人们对转换场性质的认识发生了变化，从而给地磁极性转换研究提供了新的研究线索。

2. 重建了磁化率等值线所反映的最近 15 万年夏季风气候空间格局的演化过程，并恢复了相应各时期夏季风锋面的位置。

大量的研究表明，黄土的磁化率反映了夏季风所决定的地表成土作用的程度，因而是夏季风强度的替代性指标。申请者通过覆盖黄土高原的 30 多个剖面指示夏季风强度的磁化率测量，绘制了倒数第二次冰期（约 15 万年）、末次间冰期（约 13-7.4 万年）、末次冰期间冰段（约 5.9-2.4 万年）、末次冰期极盛期（约 1.8 万年）及全新世气候适宜期（约 9-6 千年）五个特征时期磁化率等值线图，它们在很大程度上反映了相应时期黄土高原夏季风气候空间格局。这一研究结果表明，最近 15 万年黄土高原的夏季风空间格局在万年时间尺度上发生了深刻的变化，在末次间冰期来临前的倒数第二次冰期，东亚夏季风的活动范围只限于黄土高原南缘以南的中国南方，当进入末次间冰期时夏季风锋面快速向北及西北推进，迅速覆盖了整个黄土高原，这一时期是末次冰期旋回中夏季风最强盛的时期，使黄土高原中部和南部地区的年降水量增加到 700 -900 毫米 ，同时年平均气温有显著的升高。约7.4 万年全球进入末次冰期，黄土高原的夏季风环流迅速减弱，到冰期极盛期时，它的锋面大致在黄土高原中部的铜川 — 大荔一线以南一带。约 5.9-2.4 万年的间冰段，夏季风曾有所加强，但其锋面最远只能到达环县 — 绥德一线；全新世时夏季风的活动范围覆盖了整个黄土高原，使夏季风降水为主导的年降水量，特别是六盘山以东地区有明显的增加。进一步研究认为，东亚夏季风气候大幅度的空间格局演化，主要受控于太阳辐射所诱导的全球冰量在冰期 — 间冰期的基础状况，日照变化是夏季风气候较短时间尺度波动的重要控制因子。这一研究首次半定量地重建了最近 15 万年来黄土高原夏季风气候空间格局的演化过程。

3. 系统地研究了晚新生代黄土高原风成序列 — 成壤序列的磁性地层，确定了晚新生代黄土高原风成沉积开始发育的时代为约 7.2-7.6Ma ；重建了最近 7.6Ma 风尘记录的东亚冬、夏季风变迁的历史，探讨了它们与青藏高原隆升和全球冰量变化的内在联

本人作为主要参加者对黄土高原的晚新生代风尘 — 成壤序列进行了磁性地层和古气候研究。 通过系统的野外地质调查，在黄土高原中部、南部和北部选择了地层连续稳定、出露良好的晚新生代风尘序列或第三纪红粘土序列共 5 个剖面，进行了野外地层测量、岩性描述及样品采集。用超导磁力仪对各剖面作了系统的磁性地层研究，获得了各剖面的磁性地层年代和磁化率古气候记录。用激光粒度仪完成了主要剖面的粒度测量，获得了风尘序列的粒度记录。以磁极性界线年代作为控制点，以风尘粒度作为沉积速率的指示计算了年代控制点之间样品点及剖面底界的年龄，从而获得了各剖面的年代标尺，确定了黄土高原风尘堆积开始发育的时代。以风尘物粒度和沉积速率作为东亚冬季风的代用指标，以磁化率作为夏季风的代用指标，获得了最近 7.6Ma 的晚新生代东亚冬、夏季风变迁的时间序列。在此基础上探讨了中国黄土高原风尘的堆积一成壤序列发育的控制因子，揭示了青藏高原隆升对中国黄土高原风尘堆积及东亚季风的决定性作用及这一风尘序列所记录的高原隆升信息。通过对比东亚冬、夏季风记录与深海记录，讨论了全球冰量变化对东亚冬季风和中国风尘堆积的重要作用，从而识别了风尘记录中冰量变化的信息。主要结论包括， 1 ） 黄土高原的红粘土序列主要由 Gauss 正极性时、 Gilbert 负极性时和 Chron 3 组成。发育完整的剖面一致显示出风成红粘土底界位于 Chron 3B 中，主体 黄土高原风尘一成壤序列开始发育的时代约为 7.6Ma ，它标志着晚新生代亚洲内陆干旱化的开始。 风尘堆积在 7.6Ma 的出现则可能意味着青藏高原在此时达到了有意义的高度，东亚古季风环流基本建立。 2 ） 黄土高原的红粘土序列由七个显著的红色黄土层以及与之相间的七个古土壤组合组成。其中七个古土壤组合的年代中值分别约为 7 、 6 、 5 、 4 、 3.3 、 2.8 和 2.6Ma ，分别对应于指示夏季风气候的磁化率曲线上的七个峰值带。磁化率和古土壤成壤程度所指示的东亚夏季风周期性的增强，其周期约为 1 Ma ，这种变化特征在很大程度上揭示了青藏高原的阶段性隆升对东亚夏季风的决定性作用。 3 ）在晚新生代东亚古气候变迁的历史中有三个重要界线， 7.6Ma 开始亚洲内陆的干旱化，可能标志着东亚季风系统的初步建立； 3.4Ma 是东亚冬、夏季风同时显著加强的时期，表现为风尘序列的沉积通量和磁化率同时明显升高，可能与青藏高原的快速隆升有关。 2.6Ma 是东亚古气候演化的重要界线，主要表现为东亚大陆进一步干旱化、气温快速下降、冬季风环流显著加强以及冬、夏季风变化幅度的明显增大。 4 ）第四纪时期东亚冬、夏季风以相互补尝的变化为主要组合形式，特别是万年轨道尺度的季风气候波动。第四纪中不仅存在冬、夏季风都较弱时期，也存在冬、夏季风都较强的少数气候事件，但它们的变化趋势基本上是独立的。晚第三纪冬、夏季风变化的独立特征比第四纪时期更为明显，一方面表现为红粘土磁化率与粒度曲线的变化趋势明显不一致，另一方面表现在万年轨道尺度的周期变化中粒度比磁化率表现得更为显著； 5 ）全球冰量的变化对东亚季风和粉尘堆积的作用，表现在万年轨道尺度的季风气候旋回及几个重要冰量变化界线上粉尘记录的响应，如约 7.6Ma 粉尘堆积的出现和 3.4-3.4Ma 风尘沉积速率的进一步增加。红粘土序列的粒度和磁化率的长波变化中，有些在深海记录所指示的冰量变化中也有存在，可能意味着与东亚季风密切相关的青藏高原隆升与全球冰量之间有某种联系。

4. 发现了中国黄土由近地面气流搬运的低空近源粗粒组分和主要为西风气流搬运的高空远源细粒组分叠加组成，建立了从数字特征上分离两个组分的数学方法，并将这一数学方法扩展到河湖相和混合相不同成因组分的分离。

大量的黄土、古土壤、红粘土以及不同地点和不同季节粉尘的粒度分布研究一致表明，中国风尘沉积的粒度分布由分布峰度较高、分选较好的粗粒组分和分布峰度较低、分选较差的细粒组分叠加组成；前者代表了近距离低空搬运的粉尘物质，它的粒度指示了近地面气流的强度，它在全样中的含量可能反映了季风粉尘的沉积通量；细粒组分可能主要为常态存在的、主要由高空气流搬运的远源粉尘，代表了黄土高原大气粉尘的本底，它的粒度特征与北太平洋西风带粉尘基本一致，可能指示了主要由西风带控制的高空气流的强度。黄土的粒度分布函数可用代表两个组分分布的两个 WEIBULL 函数的和函数表示，用实测粒度数据对分布函数进行拟合可计算出分布函数的各参数，同时获得两个组分的分布函数及其在总样中的百分比。对中国其它地区风尘物的研究表明，风尘物的这种双组分分布具有普遍性。这一研究这不仅为重建黄土高原过去低空和高空气流的强度和空间特征提供了可行途径，更为有意义的是为研究更大范围的大气环流、甚至全球其它地区大气环流提供了一种可能的途径。

对主要的陆相沉积物粒度分布研究发现，陆相沉积物一般由多个粒度组分叠加组成 , 根据粒度分布曲线的特征可确定组分数、分布类型以及设定粒度分布函数，用设定的分布函数对实测粒度数据拟合可计算出函数的各参数，并获得各组分的百分比和分布函数，从而从数字特征上分离各组分。 对流水和风成沉积物研究表明，河流沉积物由细粉砂级悬移组分和中砂至细砂级跃移组分叠加组成；封闭湖的碎屑沉积物主要是降水形成的地表径流搬运的细粉砂级悬移组分；风成砂由高度分选的近源跃移砂组分与细粒大气背景粉尘叠加组成；黄土由低空近源的悬移粉砂组分与高空远源悬移细粒组分叠加组成；北太平洋粉尘只有高空西风搬运的悬移细粒组分，该组分的粒度在中国沙漠、黄土高原和北太平洋的风成物中表现出一致性和成因上的内在联系，是该系统中高空悬移并分散于大气中的背景粉尘。

5. 对南海珊瑚生长参数的古环境意义作了初步研究，提出了用数字图像技术获得珊瑚生长参数的方法，并将这一方法应用到树轮、石笋等其它高分辨率古环境记录

滨珊瑚生长的环境影响因子分析表明，海洋表层环流通过海水温度、成分等因子，在很大程度上影响着南海北部滨珊瑚生长的季节性变化和生长层结构。对一个代表性滨珊瑚生长序列的图像分析表明，主要由季风控制的表层海温和表层流的变率与季节性在近一百年来有增大的趋势，冬夏两种型环流在一年内控制表层流的时间存在明显的年际变化。近二十年来珊瑚生长密度的异常增大和生长层规则性降低等变化特征，都反映了人类活动对海南岛南岸海洋环境的影响。

用数字图像技术研究珊瑚生长层和其它高分辨率古环境记录的主要思路是：高分辨率记录对环境变化的响应往往直观地表现在不同形式的影像中，沿发育方向选择剖面线并读取图像色值可获得基本参数序列，同时用相应的数字图像技术可进行环境代用指标的计算、生长层的识别与自动定年和生长层结构演化等研究。该方法应用于珊瑚生长层可获得珊瑚的骨骼密度、生长率、钙化率、季节性、生长层规则度和年纹层数等参数；应用于树轮可获得树轮密度、春材与秋材宽度、季节性等参数；对石笋应用可获得沉积层灰度和沉积速率季节性等参数。从原理上该方法对纹层湖泊和其它高分辨率沉积序列同样是适用的。

科研 论文 /Selected Publications

第一作者 SCI 论文

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国内刊物

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•  孙东怀，最近 15 万年黄土高原古气候变化， 西北干旱区气候变化的因子，刘晓东主编， 1996 年，气象出版社。

非第一作者论文

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