目前,在西风控制的中亚干旱区（特别是新疆地区）能高分辨率追踪全新世尺度上大气降水氧同位素(δ¹⁸O_p)变化的主要有冰心和石笋δ¹⁸O记录,缺乏其它年代可靠、气候指示意义明确的相关气候代用指标。泥炭具有分辨率高和易于测年等优点,尤其是泥炭α-纤维素δ¹⁸O是全新世尺度上区域水文-气候的重要示踪剂。由于植物α-纤维素H、O同位素组成仅由植物吸收的H₂O同位素组成所决定,如果土壤水来源于大气降水,则植物α-纤维素中δ¹⁸O可保留大气降水δ¹⁸O信号,从而应用于古气候研究。很早有学者就发现树轮α-纤维素氧同位素(δ¹⁸O_cell)可记录大气降水氧同位素(δ¹⁸O_p),因而认为在中高纬度地区,其是“古气温”的敏感指示器。但是,随着现代过程研究的进一步开展,有很多的学者也认识到,植物α-纤维素δ¹⁸O不仅受到气温的影响,还可能受到降水量、相对湿度、水汽源以及水文输入过程等因素的影响。国内的相关研究起步较晚,应用也比较简单,几乎没有涉及到现代过程机制方面的研究工作,譬如一些学者认为我国东部季风区草本泥炭δ¹⁸O_cell主要记录了全新世夏季气温的变化。然而,泥炭α-纤维素δ¹⁸O在我国西北内陆的应用仍属空白,分布于西风控制的中亚干旱区的高山草本泥炭地植物α-纤维素δ¹⁸O的气候意义是什么?是否也可以记录古气温?值得开展相关研究。鉴于此,本论文选取了北疆阿勒泰高山区沉积连续的泥炭岩心,从现代过程入手,在明确优势莎草植物α-纤维素δ¹⁸O气候指示意义的基础上,重建了全新世以来该区域的古气候演化历史。本论文主要工作和结果如下:1)在空间尺度上,来自我国内陆包括中亚干旱区、东部季风边缘区和青藏高原的广阔空间范围内的104个表土采样点的分析结果表明,表土当中植物残体α-纤维素氧同位素(δ¹⁸O_cell)与年均大气降水同位素(δ¹⁸O_p)具有显著的正相关关系（R²=0.62,n=104,p<0.001）,说明植物残体α-纤维素氧同位素确实可以忠实地追踪大气降水氧同位素的信号。在青藏高原（29°N³7°N）上,由于受到印度季风和西风水汽来源差异的影响,δ¹⁸O_p和δ¹⁸O_cell均随着纬度升高而偏正,表现出反向的“纬度效应”;而中国北方（37°N⁵1°N）地区,δ¹⁸O_p和δ¹⁸O_cell随着纬度的升高而偏负,表现出明显的“纬度效应”,说明温度是控制我国中高纬度地区植物残体α-纤维素氧同位素变异的主要因素,但是相对湿度的作用亦不可忽视。2)在时间尺度上,通过2014年和2017年两个生长季（5-9月）的水文-气候-植物的系统观测,分析了阿勒泰哈拉沙孜草本泥炭地优势莎草帕米尔苔草（Carex pamirensis）α-纤维素氧同位素与其源水间的潜在关联。由于冬季积雪和季节性冻土的融化,使得生长季前期（5-7月）泥炭地整体水位较高,生长季后期（8-9月）泥炭地水位逐渐下降至稳定;沼泽水/土壤水的δ¹⁸O与氧同位素偏负的汇入融水具有显著的正相关性（r=0.72,n=15,p=0.002）,而与氧同位素偏正的夏季降水关系不大;稳定同位素二元混合模型计算得出,汇入融水占泥炭地平均来源水的76%,而夏季降水仅占24%,说明冬季在泥炭地及周围山坡积累的冰雪物质在初夏季节开始融化且持续稳定供给,从而成为生长季节前期植物生长所利用来源水的主体,而夏季降水因主要表现为5次短时间极端降水事件并快速流失,从而对植物生长的贡献有限;由于较高的相对湿度（73⁸0%）,使得融水、沼泽水和土壤水这些外源水遭受了有限的蒸发富集,而内源水（尤其是叶片水）在气孔蒸腾作用下容易富集重的同位素,说明外源水氧同位素组成可以直接反映大气降水氧同位素组成;利用Roden–Lin–Ehleringer机理模型发现,由于在月尺度上泥炭地白天的（08:00-20:00）相对湿度变异非常小（47⁵8%）,使得蒸发富集效应对植物α-纤维素氧同位素的影响变成为了一个可能的常数(Δ_Modelled=11.13±1.07‰),再加上植物纤维素在合成过程中对变异性较大源水的平滑效应（smoothing effect）,使得帕米尔苔草α-纤维素氧同位素变异也在非常窄的范围内<±3‰,且主要受控于沼泽水/土壤水氧同位素组成。因此,阿勒泰高山泥炭地莎草植物α-纤维素氧同位素(δ¹⁸O_cell)主要继承了区域冬半年（10-4月）平均降水氧同位素(δ¹⁸O_p)的信号。3)进一步对阿勒泰（2000-2002/2014-2018）及其毗邻地区6个全球大气降水同位素观测网（GNIP）站点（1980-2003）的冬季（10-4月）大气降水氧同位素的控制因素进行了分析。在年内尺度上,阿勒泰及其毗邻地区冬季降水氧同位素(δ¹⁸O_p)和冬季气温（T）呈显著正相关关系,其中,阿勒泰的冬季气温可以解释其冬季降水δ¹⁸O_p变异的69%。通过对阿勒泰南部的GNIP站点乌鲁木齐站（1987-2003）最冷月1月降水氧同位素分析发现,1996-2003期间最冷月1月降水δ¹⁸O_p与其对应的气温呈显著正相关关系（R²=0.90,n=5,p=0.01）,说明年际尺度上中亚地区冬季降水δ¹⁸O_p也具有强烈的“温度效应”。虽然,个别年份该地区冬季降水δ¹⁸O_p会受到水汽来源差异的影响,但从长期趋势看,冬季气温是影响阿勒泰地区冬季降水δ¹⁸O_p变异的最主要的控制因素,所以最后得出阿勒泰高山泥炭地莎草α-纤维素氧同位素(δ¹⁸O_cell)应该是区域尺度上冬季气温的敏感指示器。4)根据22个AMS¹⁴C测年数据建立了阿勒泰哈拉沙孜长742 cm泥炭岩心（ATM10-C7）可靠的年代框架,共获得了234个高分辨率的泥炭岩心α-纤维素氧同位素的时间演化序列,并结合上述详实的现代过程研究工作,重建了该地区过去11 ka以来冬季气温的演化历史。结果显示,阿勒泰地区过去11ka以来冬季气温整体上呈逐渐升高的趋势,晚全新世（11⁸ ka BP）为该地区冬季气温最低的阶段,之后的8⁶ ka BP期间冬季气温逐渐上升到全新世以来第一高温阶段,中全新世（6⁴ ka BP）冬季气温又呈现出一个明显的低温期,晚全新世（4⁰ ka BP）冬季气温开始迅速升高到全新世以来最高的阶段。同时,阿勒泰泥炭岩心α-纤维素氧同位素还清晰地记录了一系列气候突变的冷事件（如,8.2 ka BP、4.2 ka BP和LIA）。进一步的对比分析表明,冬季太阳辐射和温室气体辐射（GHG）共同驱动着冬季气温的演化。5)结合阿勒泰哈拉沙孜泥炭地同一钻孔的泥炭α-纤维素碳、氧同位素指示的夏、冬气温记录,获得的过去11 ka以来区域尺度上的年均温度呈整体增温的趋势,其在早、中全新世表现出明显低温,而晚全新世表现出快速的增温。哈拉沙孜泥炭在11⁸ ka BP和6⁴ ka BP的低温期沉积速率最高,表现出明显的碳汇;而在8⁶ ka BP和4⁰ ka BP的高温期沉积速率最低,表现出明显的碳源。有意思的是,阿勒泰泥炭沉积速率与位于西北方向乌拉尔山石笋生长速率的变化基本一致,且最大值均出现在5 ka BP左右,说明中高纬地区的碳收支记录与阿勒泰温度记录较好的对应关系可能具有普遍意义。基于更广泛空间研究结果的对比,我们合理的推测了影响地球气候系统变化的内外反馈机制,即早全新世以自然驱动（太阳辐射）为主,晚全新世以温室气体辐射驱动（GHG）为主,转折期发生在约5 ka BP左右,这可能与中全新世期间逐渐增强的人类活动导致的温室气体排放以及由此引起的正反馈效应有关,这也意味着,从气候变化的角度而言,人类世（Anthropocene）开始的时间可能要比以往认识的工业革命时期要早的多。总体而言,本文基于现代观测的阿勒泰泥炭α-纤维素氧同位素记录的古气候解译,不仅对于重新认识新疆地区相关大气降水氧同位素记录的真实气候意义有所帮助。而且,依据阿勒泰泥炭α-纤维素碳、氧同位素记录重建的区域尺度上古温度的演化历史,可以为理解该地区全新世尺度上湿度的演化历史提供可靠的温度背景参考。因为新疆地区全新世期间整体升温的趋势,会导致高海拔地区冰雪融化不断的加强,进而通过径流补给到低海拔地区,最终导致盆地内的湖泊水位上升和绿洲面积扩大,这对于进一步梳理过去关于中亚干旱区全新世期间湿度演化的“西风”和“季风”模式的争论具有重要的科学意义,且获得关于区域水资源与气候变化之间关系的认识,对于当前和未来气候变暖背景下制定科学合理的水资源管理措施同样具有十分重要的现实意义。