新生代南极冰盖演化的模拟研究——气候场不确定性的影响

观测显示, 南极冰盖在始新世到渐新世交界时期(34 Ma)开始形成, 之后随着全球气候的逐渐变冷而扩张并趋于稳定。以此为约束, 可以检验气候模式和冰盖模式在模拟中晚新生代气候和冰盖演化的有效性。本研究采用冰盖模式ISSM4.18, 分别使用两个气候模式CESM1.2.2和NorESM-L模拟得到的新生代气候场为强迫场, 对南极冰盖的演化进行了模拟, 对比了两种气候场得到的南极冰盖演化的差异。其中, CESM1.2.2模拟采用的CO₂浓度是以重建的全球平均温度为约束反推得到的, 而NorESM-L模拟则是采用由地质记录中的CO₂代用资料重建得到的浓度。结果显示, CESM1.2.2模拟的气候场在30 Ma时可以在东南极形成冰盖, 在20 Ma和10 Ma该冰盖持续存在, 但始终都没有形成显著的西南极冰盖。而NorESM-L模拟的气候场在10 Ma之前都不能形成冰盖, 但在10 Ma时可以形成包括西南极冰盖在内的大冰盖。总的来说, 使用CESM1.2.2模拟的气候场给出的南极冰盖演化相对更为合理, 也在一定程度上说明了新生代全球平均温度重建的合理性。

     

古气候中的沙尘变化及其气候影响

大气中的沙尘通过对太阳光的吸收和散射对地表温度产生影响,进而对大气环流和降水等也产生影响,但是在地球的不同历史时期尤其是深时地球大气中的沙尘量如何变化以及如何影响气候还有很多不清楚的地方。本文通过模式模拟对地球上4个不同时期的沙尘变化及其气候影响进行了研究,这4个时期分别是陆地植被还没有出现的前寒武时期、有植被且全球气温较高的盘古超大陆时期、大陆分布接近现代但气候较寒冷的末次盛冰期和气候较温暖的中全新世。在前寒武时期,由于陆地起沙面积大,大气中的沙尘含量可以达到现代地球的近10倍,使得全球地表温度下降也有近10 ℃。在盘古超大陆时期,由于在副热带的陆地面积比现代稍大,因此大气沙尘量也比现代稍大,对全球平均温度的影响很小。在末次盛冰期,由于寒冷干燥,沙尘量是现代的约两倍,但是它对全球有强烈的增温作用,如果没有沙尘,全球温度可能降低约2.5 ℃。在中全新世,观测显示全球沙尘量比现代少很多,模拟显示,采用现代沙尘和把沙尘全部去掉对全球平均温度的影响可以忽略,但是大西洋经向翻转流有显著变化。     

基于CESM1.2.2模拟的浪致混合对末次冰盛期和工业革命前气候的影响

海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用,以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案,考虑波浪产生的垂向混合,将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化,其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式,基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件,探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下,由于风场强度的不同,导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前,但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中,模拟结果表明：中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象,但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的夏季,海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象,但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的冬季,混合层加深的变化达到极值。另一方面,在高纬度海域,末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高,这是由于浪...