上新世中期格陵兰冰盖模拟简

格陵兰冰盖是造成21世纪海平面预估不确定性的一个主要来源,而研究格陵兰冰盖对过去暖期气候的响应,可以为研究未来格陵兰冰盖提供参考. 本文采用全球气候模式CAM 3.1(Community Atmosphere Model version 3.1),CAM 4和NorESM(Norwegian Earth System Model)以及冰盖模式SICOPOLIS(SImulation COde for POLythermal Ice Sheets),对上新世中期暖期(距今~3 Ma)格陵兰气候和冰盖展开模拟研究. 模拟结果表明上新世中期格陵兰夏季平均气温比工业革命前高9.4~13.4℃,年平均降水增加了65.2~108.3 mm a^-1. 在上新世中期暖湿的气候背景下,仅有少量冰存在于格陵兰东部沿岸高海拔地区;与参照试验相比,上新世中期格陵兰冰盖减少造成全球海平面比现代高大约7.8~8.1 m. 同时,古气候代用资料也表明上新世中期格陵兰可能无大规模冰盖存在.     

上新世中期海洋表面温度变化及其与古气候重建数据对比

上新世中期, 过去约3.29~2.97 Ma 之间, 是地质历史上距今最近的一个持续性暖期. 它与模式预测的21 世纪末地球系统最有可能达到的气候态具有一定的可比性. 因此, 研究 该时期气候变化对于理解全球变暖背景下的气候变化趋势具有重要的参考作用. 采用最新 的PRISM3 重建数据集, 利用FOAM 耦合模式开展了上新世中期的全球气候模拟, 并对上 新世中期次极地北大西洋剧烈增暖和“永久的El Niño”两个热点问题进行了讨论. 模拟结果 表明: 与工业革命前相比, 上新世中期年平均海洋表面温度(SST)升高了2.3℃, 中高纬度海 洋的增温幅度大于低纬度海洋, 赤道太平洋SST 东西梯度减小以及大西洋经向翻转环流减 弱. 在SST 变化的空间格局上, 模拟结果与重建结果基本一致. FOAM 也能较好地模拟出北 大西洋、北太平洋以及南美西海岸的显著增暖, 但模拟的次极地北大西洋和赤道太平洋 SST 的变化与重建数据仍有差别. 上述重建与模拟的差异是由古气候数据重建的不确定性、 上新世中期模拟的困难以及模式本身的不完善共同造成的.     

青藏高原东部RM孔碳酸盐氧同位素揭示的末次间冰期气候特征

最近,格陵兰冰芯研究揭示的气候不稳定性被作为过去全球变化研究的重大进展。GRIP氧同位素研究首先提出,相当于深海氧同位素地层5e亚段的暖期气候(Eemian)存在着两次明显的冷事件,这一发现后来被欧洲湖泊记录所证实。但是GISP2未发现Eemian暖期气候有明显波动,Kelgwin等对大西洋沉积记录的研究也得出与此相似的结论。因此,一些研究者对Eemian暖期内部存在气候突变的观点表示怀疑。最近作者对青藏高原东部RM孔湖泊记录研究结果,发现末次间冰期5e亚段存在两次冷事件,支持了GRIP研究者的观点,同时证实了此种气候不稳定性也存在于中国的青藏高原这一事实。     

北极格陵兰科学考察

第一次进入北极格陵兰地区考察,笔者密切关注全球气候变暖对北极格陵兰冰雪的影响,格陵兰西海岸和斯瓦尔巴德群岛自然环境的异同。考察研究表明,全球气候变暖对北极格陵兰冰盖西部影响很大：冰盖融化形成的天蓝色冰湖比比皆是,冰川退缩显著,在峡湾中的冰川退缩后形成了奇特的冰山群。这些现象警示我们,在全球变暖的大背景下,人类一定要自律,尽量减少排放各种温室气体,切忌火上浇油,尽可能地为人类应变气候灾变赢得时间。另外,北极格陵兰西海岸和北极斯瓦尔巴德群岛的自然环境相似,由于受海洋暖流的影响,在冰雪世界中镶嵌着色彩缤纷的绿洲。     

出汗的地球,令人担忧的家园

据科学家最新的研究结果发现,全球气候变暖使得格陵兰冰盖的融化速度比任何人预想的都要快。通过对整个格陵兰大陆块的卫星探测显示,冰川向大海移动的速度在过去的10年中显著加快。有些冰川移动速度比20世纪90年代中期快3倍。其携带入海的冰量比5年前多了2倍。这表明,冰层正经历着潜在的灾难性的崩溃。格陵兰拥有的冰足以将全球的海平面升高21英尺(约合6.3米)。如果这成为事实,可是一个灾难性的场景,世界一些主要港口城市将被淹没。全球气温逐渐升高,而且上升速度越来越快,这究竟是怎么回事呢?环境学家将这种地球变暖现象称为“温室效应”。…     

青藏高原北部太阳辐射影响的晚全新世温度变化

近年来,小冰期(约公元1400～1850年)的气候变化已经得到了较为详尽的研究.但是,在中世纪暖期(约公元800～1400年)温度是否比近50年温度高这个问题上,仍存在很多争论.有气候模型表明,包括青藏高原北部在内的中亚地区在中世纪暖期的温度仍然低于现代温度.然而,这一区域包含中世纪暖期的高分辨温度记录非常有限,通过气候建模得出来的结论     

外强迫因子对20世纪全球变暖的综合影响

利用LASG格点大气环流模式GAMIL1.1.0(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG, Version 1.1.0), 按照国际CLIVAR计划设计的“20世纪气候模拟”试验方案, 模拟研究了包括观测海温、自然驱动和人类活动在内的各种外强迫因子对20世纪全球变暖的综合影响, 发现上述外强迫因子在年际、年代际尺度上, 对地表气温的演变起重要作用, 20世纪30年代和自70年代开始的增暖, 均是由外强迫所致. 在除欧亚和北美大陆的部分区域外, 外强迫对两次变暖期间的区域温度变化也有重要影响. 大气内部噪音的影响, 在变冷期比变暖期要强.     

古里雅冰芯中的新仙女木期事件记录

新仙女木期(Younger Dryas)的命名来源于欧洲斯堪的纳维亚埋藏在地下的CtopertalaDryas植物的叶子和果实.这种植物是当地新仙女木期(简称YD)气候变冷的指示物.欧洲早在一个世纪以前就认识到YD的存在.后来北大西洋沿岸地区的许多孢粉资料证实,西欧及北美许多地方在11～10ka B.P.~(14)C年代时气候发生突变.由于当时缺乏该区以外YD事件的资料,因此YD事件被认为是局部性事件,并认为其原因很可能是晚冰期全球性增温使北极的浮冰和冰融水注入北大西洋深层水(NADW)形成的,造成北大西洋地区温度迅速下降,气候变冷.近20年来南欧、北美东部、南阿尔卑斯山、太平洋和南极、北极格陵兰地区的孢粉、冰碛物、冰芯等都指示出Younger Dryas时期的气候剧变.在中国青藏高原湖区和内蒙古孔赉诺尔湖以及陕西沙漠/黄土过渡带高分辨率湖沼泥炭记录中也均发现在11～10ka B.P.期间气候有明显的突变.这引起了学者们对YD的浓厚的兴趣,并认为这个事件可能是一个全球性气候事件.本文以1992年中美联合在青藏高原古里雅冰帽钻取的长达308m的高分辨率冰芯为对象,以该冰芯155～162m之间对应于晚冰期向全新世过渡段的δ ~(18)O测试结果为依据,研究了记录在古里雅冰芯中的YD气候事件.因其测年的高分辨率,它是中国唯一可与格陵兰冰芯晚     

近千年来南北半球气候变化模拟比较

依据全球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分的模拟结果, 对南、北半球气温及降水变化的相似性和差异性进行了分析, 并探讨了造成南、北半球气候变化异同性的可能原因. 结果表明: (1) 南、北半球平均气温在年际、年代际、百年际尺度上变化位相基本一致; 但从气候阶段转变的时间来看, 北半球年平均温度正负距平的转变明显提前于南半球; 从距平的振幅变化来看, 北半球明显大于南半球. (2) 对降水而言, 年代际及百年际尺度上的变化南、北半球基本同相, 而在年际尺度上的变化两者反相, 且年际及年代际的正相关主要体现在中、高纬地区, 年际负相关主要体现在低纬地区. (3) 中世纪暖期南、北半球的增暖幅度相差不大, 而现代暖期北半球的增暖幅度明显大于南半球; 现代暖期北半球高纬地区气温大幅上升, 而南半球高纬地区气温有所下降, 呈现出明显的反相变化特征, 这是中世纪暖期温室气体浓度保持在较低水平时所不具有的一个气候特征. 其机理有待进一步研究.     

7000m处冰芯的初步研究

冰川是自然界在特殊环境下的特殊创造物,也是过去环境变化最可靠、最保真的天然档案馆.因此,从冰川中揭示过去环境变化的冰芯研究成为环境研究的前沿热点领域.科学家已通过南、北极冰芯研究,阐明了过去40万年(南极)和30万年(格陵兰)以来气候环境变化特征.但科学家们在试图通过南、北极冰芯解释全球气候环境变化机制时,遇到了挑战.这就是没有中纬度地区的冰芯研究作桥粱,两极地区的冰芯研究就不能很好地在全球尺度上联系起来,也就难以最终解决全球气候环境变化的机制问题.青藏高原是中纬度冰芯研究最理想的地区.青藏高原的冰芯研究可以在全球…     

新年，新科学——《自然》杂志展望2011年科学领域可能出现的结果及发现

揭秘埃姆间冰期（Eemian）2010年7月，格陵兰北部埃姆冰芯钻探（NEEM）项目在2500多米深处钻到了冰盖之下的基岩。目前，研究人员正在对冰芯中所含气体和各种粒子进行分析，以期获取埃姆间冰期（大约在13万～11．5万年以前，全球平均温度比今天高5℃）气候的有关细节，相信很快就会有结果公布。     

千年气候模拟与中国东部温度重建序列的比较研究

利用全球海气耦合气候模式ECHO-G进行的1000年长时间积分气候模拟试验与中国东部区域温度重建资料作对比, 以验证ECHO-G模拟中国区域气候的能力, 并探讨近千年来中国区域气候变化的原因. 重建资料是中国东部地区(25°~40°N, 105°E 以东)1000年来分辨率为30年的冬半年温度距平变化序列. 模拟试验以随时间变化的有效太阳辐射、CO₂浓度和CH₄浓度场为外强迫, 从1000年开始积分至1990年. 结果表明: 重建和模拟结果的相关系数为0.37, 置信度为97.5%. 模拟和重建结果均反映出了1000~1300年的中世纪暖期、1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期. 对于1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期, 模拟和重建的正负距平基本一致, 尤其是1670~1710年Maunder太阳黑子最小期时, 模拟和重建值都达到了温度低谷, 且无位相差异. 但对1000~1300年的中世纪暖期, 模拟与重建资料存在显著差异, 这与重建资料质量降低有关. 模拟的变幅(1.62 K)略小于重建值(2.0 K),但两者具有较好的可比性. 模拟结果的诊断分析表明, 在1000年尺度上, 太阳辐射和火山活动是控制全球和区域温度变化的主要因子, 而在最近百年尺度上, 温室气体含量的变化对快速增温起着更为重要的作用.     

南极冰盖表面过量氘的分布特征

寒冷地区冰雪中稳定同位素比率δ~(18)O和δD的分析是恢复古气候记录的最有效手段之一.近年来与δ~(18)O和δD有关的另一个量值——过量氘(exD)也越来越受到重视,因为exD可提供水汽源区的某些信息.对东南极冰盖过去虽曾有过exD分布的研究,但资料主要取自靠近海岸一些站点.本文根据沿“1990年国际横穿南极考察队”路线表面雪样稳定同位素比率测定结果,对南极冰盖表面exD的分布特征予以介绍,并对其意义给予初步解释.     

冻土水热变化对东亚气候影响的模拟

利用气候模式Community Atmosphere Model(CAM3.1)作为工具,在保持模式陆-气之间能量、水量守恒的状况下,通过在其陆面模式Community Land Model(CLM3.0)中引入了未冻水过程,改变了冻土中的水热属性,分析了欧亚区域气候对冻土变化的敏感性、东亚季风对冻土变化的响应等相关问题.研究发现:(1)未冻水过程较为显著的改变土壤中冰、水比例,其对地表温度、土壤温度有显著影响.(2)欧亚区域(包括东亚)气候对冻土变化较为敏感,1月海平面阿留申低压有所加强,500hPa乌拉尔阻塞高压减弱,东亚大槽减弱.7月阿留申群岛地区海平面气压显著减弱,500hPa位势高度大陆有显著的负异常,海洋有显著的正异常.(3)1月东亚地区850hPa风场南风分量增大,冬季风减弱;7月大陆气旋性异常,海洋反气旋性异常,东部沿海地区夏季风加强.(4)东亚夏季降水有显著改变,其中青藏高原南部、长江流域中部地区和东北地区降水显著增大,华南、海南岛地区显著较少,我国中部、华北地区减少,但不显著.进一步分析发现,30°N附近,有显著的空气上升运动,其南北两侧有显著的下沉运动,中高纬度太平洋暖湿气流在东北与北方冷空气汇合,这些因素是上述降水异常的主要原因.     

东亚35 kaBP气候模拟及变化机制探讨

预测全球变暖下的东亚气候变化, 由于难以对未来气候进行验证, 古气候模拟便是一个重要的途径. 而古气候模拟是否具有现实性, 须经过区域性地质资料的检验. 中国大部分地区显示了35000 ± 3000 aBP具有间冰阶暖湿气候特征, 是一个能够为未来温室效应引起气候变化提供历史参照的重要气候期; 同时由于中国积累了大量MSI3阶段晚期的地质研究成果, 为检验35 ka气候模拟提供了不可多得的历史标尺. 文中采用不同强迫因子对35 ka典型阶段进行气候模拟试验, 并采用地质资料验证模拟输出, 从而充实了模拟试验的边界条件, 使古气候模拟更逼近现实. 模拟结果显示35 ka东亚地区中低纬度温度增加和降水带北移, 同时模拟了高纬温度降低和水汽南北输移加强的气候特征. 35 kaBP距离北半球发展到LGM (21 kaBP)盛冰期气候仅万余年时间, 这些模拟也为认识全球变暖的极限、气候自然发展的趋势提供了科学依据.     

古东亚冬季风和夏季风反位相变化吗?

古东亚冬季风和夏季风之间的关系是当前科学界争论的一个焦点. 一些学者认为东亚冬季风与夏季风之间存在负位相变化关系, 而另外一些学者对此却持否定态度. 为此, 以CCSM3模式模拟的末次盛冰期(LGM)和全新世大暖期(MH)两个典型气候为例, 从古气候数值模拟角度对东亚冬、夏季风的关系进行了初步探讨. 结果表明, 与当今气候相比, LGM时期, 冬季阿留申低压加深, 东亚冬季风偏强; 夏季太平洋高压减弱, 东亚夏季风偏弱. MH时期, 冬季阿留申低压和亚洲大陆高压加强, 东亚冬季风偏强; 夏季亚洲大陆低压和太平洋高压加强, 东亚夏季风偏强. 因此, 东亚冬季风与夏季风的关系并非总是负相关对应, 不同特征时期, 东亚冬、夏季风之间的关系可能不同. 在全球偏冷时期二者具有反位相关系, 而在全球偏暖时期二者具有同位相关系, 至少从目前的数值模拟结果来看是这样的.     

南极冰盖雪冰氢、氧稳定同位素气候学：现状与展望

南极雪冰稳定同位素作为良好的气候代用指标为过去全球变化研究做出了巨大贡献. 本文系统总结了南极冰盖雪冰δD、δ¹⁸O、过量氘和过量¹⁷O空间分布规律及影响因素, 着重阐述了雪冰稳定同位素代用指标重建过去气候变化的可靠性与适用性. 在此基础上, 综述了南极深冰芯稳定同位素气候记录研究取得的最新进展, 并结合现有南极雪冰同位素研究中存在的问题对下一步的研究进行了展望.     

21世纪全球冰川将加速消融

<正>尽管全球冰川的体积(158×10³km³,不包括格陵兰和南极冰盖)不足陆地总冰量的1%^[1,2],但其对海平面上升(sea level rise,SLR)的贡献高达0.74±0.04 mm/a^[3],这与冰盖对SLR的贡献相当^[4].随着气候持续变暖,冰川对SLR的贡献将继续增大^[3,5],进而破坏沿海湿地生态系统平衡并威胁城市安全.此外,冰川消融会改变区域水资源的可利用性以及地表径流在季节和年际之间的分配比例^[6],还会影响冰湖溃决、冰缘滑坡和泥石流等地质灾害爆发的频率和规模^[7].     

新生代巨大天体撞击作用的气候效应模拟

对发生于白垩纪/第三纪(K/T)(距今65 Ma)的天体撞击作用已进行过气候模拟.模拟研究表明,这次撞击事件确能引起全球气温下降到零度以下,持续时间可达1a.而最近对古生物的研究表明,短暂的寒冷气候和全球黑暗并不能导致恐龙等生物灭绝,恶劣的气候可能须持续近10年之久才可能使这些生物大规模灭绝,这说明需要对原先的模拟结果进行修正;其次,发生在新生代、有确凿证据的巨大撞击事件有6次,除白垩纪/第三纪(65 Ma)和     

工业革命前自然强迫的气候效应的模拟研究

应用MPM-2古气候模式模拟工业革命前800 a间(1000~1800 AD)气候系统对自然强迫的响应, 特别是地表温度的长期变化. 自然强迫主要包括火山爆发和太阳辐射的变化, 二者被认为是工业革命前主要的气候强迫. 研究表明太阳辐射变化决定了气候系统长期变化的基本趋势, 而火山爆发强迫起到了强化或弱化这种趋势的作用, 二者基本上确定了工业革命前气候系统的长期变化, 这一结论无论是与其他模式结果还是重建数据都是高度一致的. 自然强迫很好地解释了小冰期和中世纪暖期的产生. 并且, 研究表明在各个空间尺度上地表温度对自然强迫的响应基本上是一致的. 然而, 模式结果与重建的太阳辐射强迫和火山序列高度相关, 即模拟结果很大程度上依赖于所选择的强迫序列. 因此, 为了更准确地揭示历史气候的长期变化, 必须更加准确地重建过去10000 a, 至少2000 a以来的太阳辐射变化, 以及火山爆发强迫序列. 对太阳辐射突变的敏感性实验表明: 太阳辐射增强除了造成全球各纬度带地表温度的非线性升高以外, 还强化了全球水循环, 对生物圈也产生了较大影响. 太阳辐射突变对气候系统的强迫作用需要进一步研究.