大西洋经向翻转环流对岁差响应的气候背景依赖性

大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC）是气候系统重要的组成部分,其强度变化可直接影响南北半球的热量分配,厘清其变化机理对全球变暖背景下的未来预估至关重要。海洋沉积物记录发现,在晚更新世,AMOC的变化与地球岁差周期有紧密联系,但其物理机理尚不清楚。本文利用海洋?大气耦合气候模型—COSMOS（ECHAM5/JSBACH/MPIOM）模型,通过敏感试验,分析在冰盛期冷期和间冰期暖期气候背景下,AMOC对地球岁差变化的响应机理。结果表明:岁差降低引起的北半球夏季太阳辐射增强,会导致间冰期暖期背景下的AMOC显著减弱,但对冰盛期AMOC的影响并不明显。通过进一步分析发现,在间冰期暖期,夏季太阳辐射增强,造成高低纬大西洋海表的升温,同时促进北大西洋高纬度地区的局地降水,两者导致北大西洋表层海水密度降低,共同削弱大西洋深层水生成。而在冰盛期冷期,大西洋高低纬度地区的响应对AMOC的影响反向—副热带升温触发的海盆尺度低压异常,通过其南侧的西风异常削弱大西洋向太平洋的水汽输送,导致净降水增多,海表盐度下降;同时,高纬度升温造成的海冰减少,促进了海洋热丧失,海表失热变重,有利于大西洋深层水的生成,最终两者的共同作用导致AMOC对岁差变化的响应偏弱。本文系统揭示了不同气候背景下,岁差尺度AMOC变化的控制机理,对理解晚更新世AMOC重建记录中持续存在的岁差周期具有重要启示意义。     

季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应

第四纪冰期的千年尺度气候突变事件——Dansgaard-Oeschger Event (D-O事件),一直是古气候学领域关注的重点。近年来,数值模拟的研究发现,北大西洋副极地地区年际-年代际气候变率的振幅在D-O事件中的冰阶冷期远大于间冰阶暖期,这一现象为理解该区域海温代理指标的气候学意义提供了重要参考价值,但其动力机制尚不清晰。本文利用海气耦合气候模型(COSMOS),通过模拟氧同位素(MIS)3阶段的一个典型D-O事件过程,探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制。结果显示,北大西洋副极地海域的季节性海冰通过调控海气间热量交换,影响当地气候变率的幅度。冰阶期,热带暖水向北输送导致海洋次表层逐渐升温,削弱了表层-次表层海水的密度层结,有利于次表层暖水上涌,促进海冰融化及海表温度升高。这将激发出海平面气压的负异常,引起气旋式风切变,并通过Ekman抽吸作用加速表层-次表层海水的垂直混合,进一步促进次表层暖水的上涌。这一正反馈机制造成海洋次表层热量的迅速释放,海表温度快速升高。当次表层热量释放结束后,海表将无暖水补充,导致海表温度下降,海冰增多。该过程激发的海表气压正异常(即反气旋式风切变)将抑制垂直混合发生,促进次表层热量积累,为下一次放热过程提供条件。在间冰阶暖期,随着北大西洋季节性海冰消失,海气间热交换不再受海冰变化影响,海洋次表层与大气间的热交换始终处于准平衡态,气候变率的振幅显著下降。本研究结果显示,北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累-释放的过程,产生“电容器”效应,这对理解冰期年际-年代际气候变率放大现象有重要启示意义。