研究进展
我实验室前沿研究中心在探究末次冰期气候成因方向上取得新进展
来源:时晓旭
2024.06.13
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末次冰期(2.1万年前)是地球最近一次极寒期,当时全球海平面下降了大约130米,北美及北欧被大型冰盖所覆盖,全球平均温度比现代低3-7°C。研究末次冰期气候的成因是认识地球气候变化规律的重要一环。




经典的米兰科维奇理论认为,地球轨道变化是驱动过去冰期-间冰期旋回的主要原因。但真实的地球掺杂着复杂的多圈层相互作用以及外部强迫,使我们理解末次冰期气候成因变得困难。因此,我实验室前沿研究中心古气候与海平面变化组的科学家通过计算机实验探究了末次冰期气候与现代迥异的原因。




研究团队首先运用最新一代气候模型AWI-ESM重建了末次冰期与现代(工业革命前)气候。模拟结果显示,与现代相比,末次冰期气候存在“又干又冷”的变异,与地质记录相吻合。随后,研究团队开展了单独改变地球轨道、温室气体浓度、陆地冰盖的敏感性实验。结果表明,地球轨道变化对末次冰期气候的直接贡献微弱,而温室气体下降和冰盖的存在是塑造末次冰期气候的主要且直接因素。


图1 (a-c)轨道变化、温室气体浓度和冰盖变化对末次冰期与现代温度差异的共同作用;(d-f)温室气体变化对末次冰期与现代温度差异的单一贡献;(g-i)冰盖变化对末次冰期与现代温度差异的单一贡献;(j-l)地球轨道参数变化对末次冰期与现代温度差异的单一贡献;(m-o)温室气体浓度和冰盖变化对末次冰期与现代温度差异的共同作用。其中(a,d,g,j,m)为冬季,(b,e,h,k,n)为夏季,(c,f,i,l,o)为全年平均。该图来自(Shi et al., 2023)。



图2 (a-c)轨道变化、温室气体浓度和冰盖变化共同对末次冰期与现代降水差异的共同作用;(d-f)温室气体变化对末次冰期与现代降水差异的单一贡献;(g-i)冰盖变化对末次冰期与现代降水差异的单一贡献;(j-l)地球轨道参数变化对末次冰期与现代降水差异的单一贡献;(m-o)温室气体浓度和冰盖变化共同对末次冰期与现代降水差异的共同作用。其中(a,d,g,j,m)为冬季,(b,e,h,k,n)为夏季,(c,f,i,l,o)为全年平均。该图来自(Shi et al., 2023)。




首先,温室气体的减少降低了全球的气温,这种变化具有一定的地区差异性,在极地地区更为显著。末次冰期,坐落在北美和北欧的冰盖导致了该地区的剧烈降温,可达-30°C。而由于冰盖改变了大气风场,北大西洋上空的西风急流加强,驱动了北大西洋翻转环流(AMOC)的加强,由其所引起的由南向北的热量输送导致局部海区的海温上升。研究还发现,冰盖是导致末次冰期气候偏干的主要原因,尤其是北非季风区、南亚和东亚季风区以及北美的北部。而地球轨道变化对末次冰期与现代气候的温度以及降水差异并没有明显的贡献(图1,图2)。这是因为在末次冰期,地球轨道与现代较为接近。除此之外,研究还表明,北半球冰盖对大气动力学和ENSO年代际变化具有重要影响,并且气候对末次冰期边界条件和外部驱动力的响应存在非线性关系。




该成果为解开末次冰期气候复杂性提供了重要的理论和实证基础。同时,研究间接表明,地球轨道变化驱动过去冰期-间冰期旋回的重要一环是改变大气温室气体浓度。理解其中的机制对未来实现海洋碳汇目标而言具有重要意义。




研究成果以题为Unraveling the complexities of the Last Glacial Maximum climate: the role of individual boundary conditions and forcings发表于国际地球科学著名期刊 Climate of the Past 。我实验室前沿研究中心古气候与海平面变化组的时晓旭副研究员为该研究成果的第一作者。研究得到了国家自然科学基金委、南方海洋实验室自主科研项目等的支持。




原文链接:https://doi.org/10.5194/cp-19-2157-2023


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