研究进展
我实验室前沿研究中心在探究绿色撒哈拉成因方向取得新进展
来源:时晓旭
2024.06.14
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撒哈拉沙漠是世界最大的沙漠,该地区气候条件非常恶劣,是地球上最不适合生物生存的地方之一。但令人着迷的是,撒哈拉沙漠在过去的几百万年里存在周期性变绿的现象,这吸引了世界各国科学家的研究兴趣。


图1(a-b)现代(PI)和末次间冰期(LIG)时期的季节长度。(c)现代和末次间冰期0-30°N接收的太阳辐射的季节变化。(d)现代和末次间冰期太阳直射点纬度的季节变化。(e-f)现代和末次间冰期跨赤道季风撤退时间。该图来自(Shi et al., 2024)。




现有研究表明,地球轨道变化导致北半球夏季太阳辐射增强,促进了非洲夏季风,这是造成绿色撒哈拉的主要原因。但绿色撒哈拉的形成有三种可能:1.季风降雨增强;2.季风降雨持续时间变长;3.季风降雨强度与持续时间都增强。为了更细致地研究该问题,我实验室的科学家开展了计算机模拟实验。




研究选取了末次间冰期(距今12.7万年前)作为例子进行计算机模拟。在该时期,地球轨道更接近椭圆,近日点太阳辐射更强且发生在北半球夏季,黄赤交角比现代更大。这些因素共同导致跨赤道非洲季风更强,撒哈拉沙漠被季风降雨所滋润。研究人员首先使用最新开发的同位素气候模型AWI-ESM-wiso重建了末次间冰期与现代(工业革命前)气候。




通过数值模拟及理论分析,研究人员发现,地球轨道变化不仅仅影响了非洲季风的强度及范围,还影响到季风降雨的持续时间。在末次间冰期,尽管非洲跨赤道季风降水总量增加,范围扩大到撒哈拉沙漠,但跨赤道降水的持续时间比现代短9天。




进一步分析发现,末次间冰期春末夏初的日照增加(近日点),受海陆热惯性差异的影响,撒哈拉低压加强,促进了潜在不稳定性的积累,使得季风爆发提前。然而,由于近日点附近地球公转速度较快,太阳直射点更早地从北半球跨越赤道,导致末次间冰期非洲季风较早撤退。




研究还搜集、对比了世界其他国家的计算机模拟数据,结果一致地表明,末次间冰期非洲夏季风持续时间较短(3-21天)。该成果为地球轨道变化影响季风变化提供了新的认识,为今后进一步深入研究气候变化机制和预测未来气候变化提供了重要参考。




研究成果于2024年3月15日发表在国际地球科学著名期刊Quaternary Science Reviews,题目为On the length and intensity of the West African summer monsoon during the last interglacial African humid period。我实验室前沿研究中心古气候与海平面变化团队时晓旭副研究员为该研究成果的第一及通讯作者。研究得到国家自然科学基金、南方海洋实验室自主科研项目等的支持。




原文链接:https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2024.108542


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