地球轨道变化可触发气候突变

地球轨道变化可触发气候突变 字体： 小 中 大 分享到： 地球轨道变化可触发气候突变 2021-11-11 08:18:36 来源：科技日报

以史为鉴，可以知兴亡。这个“历史”既是人类文明的进化史，也是地球自然变迁的漫长历史。

“利用复杂气候模型，我们对过去3万至4万年的气候瞬变进行了模拟实验，首次证明了地球轨道的变化可以直接触发气候突变，系统论证了地球轨道变化对气候突变的双重调控。”11月4日，中国科学院(以下简称中科院)地球科学卓越与创新中心、青藏高原研究所研究员、兰州大学教授张旭告诉科技日报记者。

该研究为理解更新世气候突变事件的触发机制提供了一个全新的动力学模型。相关研究成果在线发表在《自然·地球科学》杂志上。

可以直接触发大西洋经圈环流的突变。

大约270万年前，随着北半球大陆冰盖的逐渐发育，气候系统开始经历以万年为周期的冷暖交替，这就是所谓的冰川-间冰期气候循环。在冰川气候背景下，全球气候频繁经历千年尺度的突变事件。20世纪80年代，有学者指出气候突变的主要原因与大西洋经圈环流的变化有关。

“这一观点在30多年的持续研究中已被普遍接受，但对其触发机制有诸多猜测。有学者提出，可能与海洋环流内部变异有关，或者是冰盖或海冰融化造成的。也有学者指出，大气二氧化碳浓度和南半球的西风带也起到积极作用。但这些推测主要集中在地球系统内部因素上。”张旭介绍。

前期大量研究证明，地球轨道的变化可以通过内部气候因素的变化(如冰量的变化)来调控气候突变事件的发生，即轨道间接调控气候突变。

那么，地球轨道的变化是否能直接引发千禧年的气候突变呢？

为此，研究人员首先进行了过去4万至3.2万年的气候瞬变模拟实验。在实验中，研究人员只将地球轨道参数作为变量，而其他所有环境变量，如冰量和温室气体量等保持不变，以此来检验地球轨道的变化是否能直接触发大西洋经圈周转环流的突变。

实验结果表明，大西洋经向翻转环流与气候记录中记录的千年尺度振荡相似，相应的温度和降水变化与气候记录吻合较好。“中国的黄土、石笋和湖泊清楚地记录了千年尺度的突变事件。这些突发事件对中国的自然环境产生了重大影响。在复杂气候模型中，我们首次证实了地球轨道的变化可以直接驱动气候的突变。”中科院院士、中科院青藏高原研究所所长陈发虎强调。

它可以帮助人类建立对“后天”的科学认识

随后，研究人员进行了轨道参数的单一强迫实验，即只改变地轴的倾角、偏心率和岁差，进一步定性确定不同轨道参数对气候突变的影响。

发现岁差的变化可以通过影响北半球低纬度夏季太阳辐射来调节大气水汽从大西洋向太平洋的输送强度，进而调节北大西洋的海面盐度，导致大西洋经向反向流的突变。

同时，地轴的倾斜可以通过影响北半球高纬度地区的年平均太阳辐射变化，从而影响表层海水的垂直混合强度，引起突变，从而调节北大西洋深水生成区的海温和海冰面积。“这组数值实验证明，单个轨道参数的变化也可以直接触发北大西洋环流的突变，即轨道变化直接调控气候的突变。”张旭解释道。

为了系统阐明地球轨道变化调制千年气候事件的规律，研究人员通过大量数值实验，总结出了解释更新世不同时期千年气候事件的动力学概念模型。“我们的模式已被证明不仅适用于晚更新世，也适用于中更新世和早更新世。”张旭说。

陈发虎说，通过这些研究，我们可以确认更新世以来的冰期千年尺度气候事件很可能受到了极地冰盖和地球轨道参数变化的控制。然而，轨道尺度的气候变化和千年尺度的气候突变如何协同影响更新世以来的气候演变，需要通过具有冰盖动力学过程的地球系统模型进一步研究。

“通过研究古气候现象背后的机制，科学家们试图揭示不同时间空尺度气候过程的协同作用对气候变化的影响，努力掌握气候演化的规律。这不仅对人类预测和应对未来气候的突变具有重大而深远的意义，也有助于人类对‘后天’建立更加科学理性的认识。”陈发虎说。(记者卢成宽)

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