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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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※ 臺灣高山湖泊與東亞夏季風西界及西風帶湖泊 ※
※ 之古氣候記錄對比(III) ※
※ ※
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計畫類別：V 個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：NSC 90-2611-M-110-006
執行期間：九十年八月一日至九十一年七月三十一日
計畫主持人：陳鎮東 中山大學海洋地質及化學所
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
V 赴大陸地區出差或研習心得報告一份(附件 1)
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
V 相關著作一份(附件 2, 3)
執行單位：中山大學海洋地質及化學所
中 華 民 國 九十一 年 十 月 二十 日
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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
臺灣高山湖泊與東亞夏季風西界及西風帶湖泊之
古氣候記錄對比(III)
Past Global Changes: Comparison of paleoclimatic records
between the sediments of Taiwanese alpine lakes and lakes in the
western boundary of the East Asian summer monsoon and in the
westerly zone (III)
計畫編號：NSC 90-2611-M-110-006
執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日
主持人：陳鎮東 中山大學海洋地質及化學所
計畫參與人員：藍信企 王冰潔 郭富雯 陳建華 羅立章
蔡長利 中山大學海洋地質及化學所
一、中文摘要 本年度的工作在重建位於東亞夏季季風北界 的內蒙古地區古氣候，主要材料來自淡水湖泊烏梁 素海沉積物岩心，同時配合附近以及東亞地區已發 表之古氣候記錄，嘗試了解控制此地區氣候機制。 另外，亦利用台灣東北宜蘭撤退池重建古氣候記 錄，來探討與古黑潮之關係。 關鍵詞：古氣候、東亞夏季季風、烏梁素海、西風、 撤退池、黑潮 AbstractThis project is focused on the paleoclimatic reconstruction in Inner Mongolia, located near the northern limit of the East Asian Summer Monsoon. Material used were sediment core of a fresh water lake, Lake Wuliansuhai. With paleoclimatic records collected nearby and from East Asia, we have attempted to understand the mechanisms controlling the climate in this region. Similar attempts were deployed to link the paleoclimate in Taiwan and the paleo-Kuroshio.
Keywords: paeloclimate, East Asian Summer Monsoon, Lake Wuliansuhai, Westerlies, Retreat Lake, Kuroshio
二、緣由與目的 全球環境變化對人類的生存及社會的發展有 重大的影響，而氣候變化則是環境變化的重要控制 因素，特別是第四紀晚期以來的全球氣候變化，對 現代環境和氣候的影響，益加重要。因此，建立過 去氣候變化的模式，來預測未來百年級、千年級乃 至萬年級之氣候演變趨勢，已是當前迫切需要研究 的課題。 東亞季風（冬季風和夏季風）的邊界地帶氣 候和環境演變，是控制全區範圍內氣候波動的關鍵 因素。本計劃主持人欲以東南-西北全方位來尋找 全區控制氣候演變之因子: 東界面對大海，台灣地 區和日本很多的海洋環境研究成果可供參考和利 用。主持人現在正在執行的季風邊界地帶（台灣高 山湖泊和內蒙古湖泊）已提供一些解讀晚第四紀以 來氣候波動的若干指標（冷暖乾濕），現有待研究 和探索的是夏季風西界地區－ 青康藏高原, 以及 冬季風所輸送物質源頭－ 位處西風帶的戈壁及塔 里木盆地等地之氣候格局，以便較全面的了解大尺 度範圍內的古氣候變化，消除局部性效應，獲得較 客觀正確的氣候變化規律。 三、結果與討論 3.1 中亞地區氧同位素地層第三階的大湖期－烏梁 素海提供的紀錄與意義 近年來關於中亞地區湖泊古氣候研究，最吸引 人關切的研究議題之一，是造成氧同位素地層第三 階大湖期的機制（Shi et al., 2001; Zhang et al., 2002），其中尤以大湖期存在時間，與主要控制地 球氣候的太陽行星軌道所推測的結果並不相符是 最需要了解的（Zhang et al., 2002）。
越來越多資料顯示，中亞地區在氧同位素地層 第三階普遍存在一個大湖期（Grunert et al., 2000; Lehmkuhl and Haselein, 2000; Zhang et al., 2000; Zhang et al., 2001; Li and Zhu, 2001; Zhang et al., 2002），但這些古氣候資料多來源自賀蘭山以西以 及蒙古地區，位於東亞夏季季風影響範圍之外。
烏梁素海位於黃河河套平原北部，位於現今東 亞夏季季風影響範圍內。岩心 W01（20.6 m long; 25.5 kyr BP）由河湖相沉積組成。研究發現 22 kyr
3 BP 以前的紋泥沈積為最高湖水位時期，其後主要 為河相沉積。此與蒙古及中亞地區氧同位素地層第 三階（MIS3）時期普遍發現的最高湖面期（Grunert
et al., 2000; Lehmkuhl and Haselein, 2000）吻合。但
是從東亞附近豐富的邊緣海古記錄來看，第三階時 期的溫度並不及第五階與全新世，例如南海由有孔 蟲轉換函數重建的古表水溫，顯示全新世至少比第 三階要高出 6 （Chen and Huang, 1998），Uk’37 的 結果也顯示全新世要比第三階暖 2 （Wang et al., 1999）。Huang 等人（1997）綜合了南海北坡沉積 物岩心和台灣古湖泊花粉記錄，推論在末次冰期 （25 ~ 12 kyr BP）時，冬季風還比今日強盛，而夏 季風則相對減弱，氣溫可能比目前低 5 ；但冰消 期以來（12 kyr BP 至今），夏季風較為強勁，而冬 季風則相對變弱。由於末次間冰期結束之後，控制 亞 洲 季 風 強 弱 之 北 半 球 冬 、 夏 季 太 陽 入 射 輻 射 （solar insolation）差異最大的時期，出現在早全新 世，而非氧同位素地層第三期（Prell and Kutzbach, 1987），因此位於夏季季風北界附近的烏梁素海， 最高湖面期應與同屬相同氣候區的中國黃土顯現 紀錄一樣，最潮濕時期出現在早全新世，而非 MIS3 時期（Derbyshire et al., 1997; Fang et al., 1999）。 由於烏梁素海位於黃河流徑上，很有可能此高 湖面時期的出現，是因為正值最潮濕時期的黃河上 游青藏高原，供應了更多的水進入黃河。因此在烏 梁素海紀錄到的並非東亞夏季風的降雨增加，而是 黃河源區供應更多的河水，湖本身與黃土地區仍處 於相同的氣候。 青藏高原地區於 MIS3 時期降雨增多的原因， 可以由印度季風增強來解釋（Shi et al., 2001）；Prell and Van Campo（1986）由阿拉伯海 V34-88 岩心 有孔蟲含量變化也發現 MIS3 時期出現季風增強 情形。但是在印度季風影響範圍外的蒙古地區，此 時 期 降 雨 增 加 卻 不 是 印 度 季 風 增 強 所 能 影 響 到 的，因此在東亞夏季風與印度季風增強造成湖面擴 大的因素被排除之後，可能是西風增強造成中亞及 蒙古在 MIS3 出現最高湖面期。如此，烏梁素海的 高 湖 面 期 除 可 能 間 接 是 印 度 洋 季 風 增 強 造 成 之 外，也可能是因為西風增強所造成。 內蒙岱海是位於烏梁肅海以東的淡水湖，受東 亞夏季季風影響程度較烏梁肅海高，同時因為並不 在黃河流徑上，因此可以解析出黃河的影響與西風 的影響。目前已有學者針對烏梁肅海岩心進行古氣 候研究，將來整合進這一部分的資料後，將更能明 確了解這特別的古氣候現象。 3.2 古黑潮流徑及強弱與東亞地區氣候的關係 位於台灣東北的撤退池與內蒙的鹽海子兩湖 泊，都記錄了距今四千年前氣候曾經發生的劇烈變 化，持續時間大約一千年；而沖繩海槽與南海岩心 在同時期，則出現黑潮標誌種普林蟲（Pulleniatina obliquiloculata）最少期事件（Pulleniatina Minimum
Event）（Ujiié and Ujiié, 1999; Wang, 1999），代表 4-3 kyr BP 氣溫降低，或是進入南海以及沖繩海槽 的黑潮流量減少。此一事件也反映在南海超微化石 保存度變佳的記錄上（Wei et al., 1997），代表一次 變冷的氣候事件。由於西北太平洋地區海洋與陸地 都記錄了這個氣候事件，引起了申請人進一步探究 其控制機制的興趣，並已完成文章撰寫，正投稿至 國際期刊上。 末次冰盛期以來，南海（Jian et al., 1996）及 沖繩海槽（Jian et al., 1998）岩心沈積物中暖水種普 林蟲最大豐度出現在 8-4 kyr BP，標誌著溫暖的全 新世大暖期。台灣東南外海岩心的浮游有孔蟲同位 素也顯示，黑潮流徑在 9-6 kyr BP 之間逐漸西移至 台灣東南外海，而在 6-4 kyr BP 涵蓋台灣東南大部 分海域，4 kyr BP 開始又逐步東移（謝等人，1992）。 而根據日本海岩心的有孔虫種屬和氧同位素的研究 發現，對馬暖流（Tsushima Current）在 8.4 kyr BP 開 始流入日本海，而親潮（Oyashio）的一支在 4.8 kyr BP 時不再流入日本海（Takei et al., 2002），在時 間點上也與黑潮在西太平洋地區的變化時機接近。 Jian 等（2000）發現南海和沖繩海槽的岩心中 Globorotalia truncatulinoides 豐度在末次冰盛期後 開始增加，但是卻於 8-4 kyr BP 消失，推測可能是 北 太 平 洋 副 熱 帶 水 團 （ North Pacific Subtropical Mode Water）同溫層（thermostad: a thick subsurface layer of homogenous temperature）厚度減少所引起。 此外，具詳細年代控制的南海岩心 17940，代表末 次冰盛期以來此區氣候最潮溼時期的 13-8 kyr BP 高泥含量之後（Wang et al., 1999），泥含量在 8-4 kyr BP 較前後時期降低，推測可能代表此期間氣候趨向 乾燥，或來自內蒙地區粉砂粒徑的粉塵增多，造成 河川輸入之泥沈積物相對含量降低。 末次冰盛期以來，東亞陸域具高年代分辨率之 古氣候記錄並不充足，因此內蒙鹽海子與台灣撤退 池所記錄的氣候變化，提供了良好的記錄與海洋對 比。內蒙地區於 13 kyr BP 進入末次冰盛期以來的 最潮溼氣候期，而於 8 kyr BP 結束此潮溼氣候，時 序上與南海 17940 岩心顯示的最潮溼期相符（Wang et al., 1999）。8 kyr BP 進入乾旱的全新世大暖期 （Holocene Megathermal），對應於西北太平洋邊緣 海發現的 8-4 kyr BP 普林蟲豐度最高期（Jian et al., 1996; Jian et al., 1998 ） 以 及 Globorotalia truncatulinoides 消失期（Jian et al., 2000）。4-3 kyr BP 出現的次一級潮溼期，則對應於代表寒冷氣候的普 林蟲豐度最少期，3 kyr BP 後氣候逐漸變乾。而撤 退池則記錄了台灣東北部 9 kyr BP 以來之古環境變 化：潮溼的大暖期開始於 8 kyr BP，結束在 3.8 kyr BP 左右，時序上對比於內蒙及西北太平洋見到的全 新世大暖期。緊鄰著是持續到 2.1 kyr BP 的一段沈 積間斷，可能代表湖水的全面乾化，正好對應在 4-3 kyr BP 的普林蟲豐度最少期事件。
4 古海洋學者認為西太平洋暖池消長以及西方 邊界流黑潮的強弱、主流徑位置及穿過西太平洋地 區幾個海脊進入邊緣海的流量，與此區氣候有密切 關係（Wang, 1999）。正常年夏季，東海與南海接 受了大量的降雨與河川輸入淡水，由於這些淡水向 大洋輸出，加上西南季風的推動，黑潮的流徑因而 東移；至於冬季，由於東海輸出之低鹽水及南海經 由巴士海峽輸出的流量均減少，加上東北季風的推 移，因此黑潮流徑較靠近台灣東部。 1982-83 聖嬰年冬季，東北季風減弱，伴隨而 來的 1983 年夏季，西南季風亦減弱。較弱的季風導 致表層洋流循環減弱，湧升減少，表水溫因而較平 常年高，而較弱的洋流循環也使得黑潮流徑西移。 然而到了當年十月，東北季風逐漸增強，並在十一 月達到歷史高值。此時期特別強烈的湧升流，使得 表水溫度降低，表層洋流循環加強。大量的表層水 流出南海，造成黑潮流徑的東移。同樣的海洋狀況 也 發 生 在 1986-1987 與 1992 年 的 聖 嬰 年 期 間 （Chao et al., 1996），暗示這可能是普遍冬季季風 增強時的海洋狀況。 因此，4-3 kyr BP 降溫時期，東亞及西太平洋 地區可能的一種景況是，冬季風增強，陸地上紀錄 到乾冷的氣候；而南海湧升增強，表水溫降低，海 洋循環增強，黑潮流徑東移，黑潮標誌種普林虫因 而豐度降低，超微化石保存度變佳。 四、計畫成果自評 1 . 內蒙地區的湖泊紀錄可以提供大區域氣 候系統重建所需的訊息，對於東亞地區古全球變遷 的研究相當有幫助。此一工作已累積一定數據，但 多是沉積學方面定性的描述，並沒有能定量化古氣 候參數的代用指標，這問題是目前陸地古氣候研究 的瓶頸。我們需要可以從湖泊沉積物中解析出來， 例如是否受到西風或是東亞季風影響，以及影響程 度多寡等量化方面化學訊息，這方面必須在方法上 尋求突破，對將來運用至其它亞洲內陸地區古氣候 研究也有幫助。 2. 洋流是控制地球上熱量分佈的重要輸送 帶，尤其是兩大西方邊界流之一黑潮，其消長應與 附近氣候的變化息息相關，但過去實際的狀況到底 如何，目前並沒有太多了解。近年來，陸地與海洋 都提供了高解析度的古環境紀錄，主持人嘗試整合 海陸的紀錄，並發現海洋與陸地的氣候事件在時序 上可以對比，目前嘗試進行利用氣候系統與機制將 它們整合起來的工作，並已完成稿件，準備投稿到 國際期刊上。 五、參考文獻 [1] 謝英宗、陳民本和汪中和，1992。台灣東南外 海晚第四紀岩心 OR102-3P 碳氧同位素記錄所 顯 示 之 古 海 洋 。 Acta Oceanographica Taiwanica，29，72-83。
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相關發表的論文：
a. LIST OF PUBLICATIONS:
(Peer Reviewed Papers and Book Chapters Only:
the first author is always the senior author. SCI : denotes SCI journals).
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陳鎮東、羅建育、萬政康、藍信企 台灣大鬼湖沈積物所保留之降塵記錄，第
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彭宗仁、劉滄棽、陳鎮東 蘭陽平原地下水之水化學演化研究，台灣農業化學
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Hydrochemical evolution of groundwaters in the Lan-Yan Plain, Taiwan, Taiwanese
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陳鎮東、王冰潔、王正忠、杜悅元、詹偉成 二十二年來南灣水溫及珊瑚放射
性元素之變化，台灣海洋學刊，39，39-52，2001 (C.T.A. Chen, B.J. Wang, J.J.
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Chen, C.T.A. and S.J. Jiang A 20-year record of Sr-90 and heavy metals off the
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b.
PAPERS, MONOGRAPHS, AND TECHNICAL REPORTS OF LIMITED
CIRCULATION:
1. 陳鎮東、王冰潔、杜悅元、詹偉成 二十二年來南灣水溫與聖嬰現象，第八屆三軍
官校基礎學術研討會暨第三屆海軍與海洋學術研討會論文集，
90 年9 月19 日，77-88
頁，民
90 年。
2. H.C. Lan, and Chen, C.T.A. PAGES: Correlations between records from mountainous
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Joint Geosciences Assembly, Oceans, Taipei, 25-27 Sept. (2001), A-93~A-94
3. Wei, K.Y., M.T. Chen and C.T.A. Chen Past Global Changes (PAGES) Program in
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4. Wei, K.Y., M.T. Chen and C.T.A. Chen Documenting Past Environmental Changes in
Taiwan and adjacent marginal seas: Results of PAGES during 1996-2000. In “Global
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5. Liu, C.H., J.T. Wang and C.T.A. Chen Future prospect, In “Global Change Research in
Taiwan”, The China (Taipei)-IGBP Report (2002), pp 126-127.
CT1\E:\NSC\90s\pages\附件 1-赴大陸地區出差報告.doc 1
赴大陸地區出差報告
陳鎮東教授
國立中山大學海洋地質及化學研究所
主旨：赴大陸與科學家會商合作研究與採樣事宜。
行程：91 年 7 月 13 日赴上海，7 月 17 日赴北京，7 月 23 日返國。
說明：報告人多年來蒙國科資助，進行台灣高山湖泊與東亞夏季風西界及西風帶
湖泊之古氣候記錄對比，最近發現黑潮主軸與南海水之外流，可能都和季
風及降雨有關，因此研究範圍需擴大至涵蓋若干氣象及海洋問題，急需與
大陸氣象及海洋學者會商，並規劃進一步之採樣。重點如下：
(1) 與上海同濟大學韋鶴平及上海華東師範大學沈煥庭等教授會商長江流
量及營養鹽輸送之改變；
(2) 與杭州國家海洋局二所蘇紀蘭、袁耀初等教授研討黑潮流軸之改變，與
盧冰教授商討合撰與 PAGES 有關論文。發表兩場演講；
(3) 與北京國家氣象局秦大河教授等研討季風改變，與化學化工地質礦產研
究院陳延成教授等商討合撰論文及進一步採樣計畫。重點可能放在西南
河川輸送之物質。初步規劃進行行經城市及採樣之河川如下：
附件 1
CT1\E:\NSC\90s\pages\附件 1-赴大陸地區出差報告.doc 2
