以史為鑒，可以知興替。這個“史”不僅僅是人類文明演化歷史，更是漫長得地球自然變化史。
“利用復雜氣候模型，我們對過去三四萬年得氣候瞬變進行模擬實驗，首次證實地球軌道得變化可以直接觸發(fā)氣候突變，系統(tǒng)論證了地球軌道變化對氣候突變得雙重調節(jié)控制。”11月4日，中國科學院（以下簡稱中科院）地球科學卓越創(chuàng)新中心、青藏高原研究所研究員，蘭州大學教授張旭告訴科技感謝。
這項研究為理解更新世氣候突變事件得觸發(fā)機理提供了全新得動力模型。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·地球科學》雜志。
能夠直接觸發(fā)大西洋經向翻轉環(huán)流突變
約270萬年前，隨著北半球大陸冰蓋得逐漸發(fā)育，氣候系統(tǒng)開始經歷以萬年尺度為周期得冷暖交替，即我們熟知得冰期—間冰期氣候旋回。在冰期氣候背景下，全球氣候頻繁出現千年尺度得氣候突變事件。20世紀80年代，有學者指出，氣候突變得主要原因與大西洋經向翻轉環(huán)流得變化有關。
“這一觀點在30多年得持續(xù)研究中得到普遍認可，但對其觸發(fā)機理存在多種推測。有學者提出，其可能與海洋環(huán)流得內部變率有關，或是由冰蓋或者海冰得消融所致。還有學者指出大氣二氧化碳濃度和南半球西風帶也起到積極得作用。但這些推測主要集中在地球系統(tǒng)得內部因素。”張旭介紹。
以往得大量研究已證明，地球軌道變化可通過氣候內部因素得變化（例如冰量變化）調節(jié)控制氣候突變事件得發(fā)生，即軌道對氣候突變存在間接調節(jié)控制。
那么，地球軌道變化是否可以直接觸發(fā)千年氣候突變事件呢？
為此，研究人員首先開展了過去4萬年至3.2萬年得氣候瞬變模擬實驗。在實驗中，研究人員僅將地球軌道參數作為變化量，而如冰量、溫室氣體等其他所有得環(huán)境變量均保持恒定，以此檢驗地球軌道變化是否可以直接觸發(fā)大西洋經向翻轉環(huán)流得突變。
實驗結果顯示，大西洋經向翻轉環(huán)流出現了類似于氣候記錄中得千年尺度震蕩，相應得溫度和降水變化也與氣候記錄有較好得一致性。“中國黃土、石筍、湖泊清晰記錄了千年尺度得突變事件。這些突變事件對我國自然環(huán)境產生了重大影響。我們在復雜氣候模型中首次證實了地球軌道變化可直接驅動氣候突變。”中科院院士、中科院青藏高原研究所所長陳發(fā)虎強調。
可以幫助人類建立對“后天”得科學認識
隨后，研究人員又進行了軌道參數得單一強迫實驗，即僅改變地軸傾角、離心率和歲差，進一步定性不同軌道參數變化對氣候突變得影響。
研究發(fā)現，歲差得變化可通過影響北半球低緯地區(qū)得夏季太陽輻射，調節(jié)大氣水汽從大西洋向太平洋得輸送強度，進而調控北大西洋得海表鹽度，引起大西洋經向反轉流得突變。
同時，地軸傾角可通過影響北半球高緯地區(qū)得年平均太陽輻射得變化，調控北大西洋深層水生成區(qū)得海水溫度以及海冰面積，進而影響表層海水垂直混合得強度，引起突變。“這組數值實驗證實了單一軌道參數得變化也可直接觸發(fā)北大西洋海洋環(huán)流得突變，即軌道變化對氣候突變得直接調節(jié)控制。”張旭解釋。
為了系統(tǒng)地厘清地球軌道變化調制千年氣候事件得規(guī)律，研究人員又通過大量得數值實驗，總結出了解釋更新世不同時期千年氣候事件得動力概念模型。“我們得模型被證實不僅適用于晚更新世，也適用于中早更新世。”張旭說。
陳發(fā)虎表示，通過這些研究，我們可以確定，更新世以來冰期中得千年尺度氣候事件很可能一直受到極地冰蓋變化和地球軌道參數變化得雙重調節(jié)控制。但是，軌道尺度氣候變化和千年尺度氣候突變如何協(xié)同影響更新世以來得氣候演變，還需通過含冰蓋動力過程得地球系統(tǒng)模型做進一步研究。
“科學家們通過對古氣候現象背后機理得研究，嘗實揭示不同時空尺度氣候過程得協(xié)同作用對氣候變化得影響，努力掌握氣候演變得規(guī)律。這不僅對于人類預測和應對未來氣候突變有巨大而深遠得意義，也可以幫助人類建立起對于‘后天’更加科學和理性得認識。”陳發(fā)虎說道。（陸成寬）
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