作者:Ayako Abe-Ouchi 来源:《自然》 发布时间:2013-12-20 13:14:09
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听科学家讲述大冰期的故事
迄今最佳冰期模型功不可没

 
12.3万年前 2万年前 1000年前
 
模型模拟了冰盖从最少(上图)缓慢增长至最多(中图),又经过迅速消减回到最少(底图)。图片来源:AYAKO ABE-OUCHI/UNIVERSITY OF TOKYO, JAPAN
 
在30多年的时间里,气候研究人员一直试图了解地球运行轨道上的微小变化如何促进了过去几百年中主要气候事件(大冰期)的形成。有一种观点长期存在:地球绕太阳运行的蛋形轨道每10万年一次地有节奏拉伸,造成了大陆般大小的冰盖增长和削减。不过,轨道自身变化的力量远远不能真正推动冰盖的形成和衰减。
 
现在,一个研究团队称,通过建造被很多人认为迄今最好的冰期模型,他们找到了答案。研究人员已经证实,10万年的周期变化增强了第二轨道周期(地球自转轴的2.3万年摆动周期)的影响。同时,新模型还表明,北美冰盖由于其巨大的质量,注定会迅速消融。加拿大卡尔加里大学的气候研究人员Shawn Marshall这样评价该研究团队,“他们所说的关于全球(冰川)周期的情况相当令人信服,他们获得了之前的研究不能捕捉到的很多信息”。
 
正如日本东京大学的古气候建模者Ayako Abe-Ouchi和同事上周发表在《自然》杂志中的报告所说,他们将一个类似用于预测地球变暖的成熟的全球气候模型与一个相当复杂的北部冰盖模型间接联系起来。他们使用地球上日照分布变化的数据以驱动模型,这些数据是根据轨道变化和大气中二氧化碳波动的情况得出的。在冰期存在与消亡时,冰盖核心会记录二氧化碳的相关信息。然后,他们将气候变化的情况输入到冰盖模型中。
 
当与真实的冰盖活动相比较时,这种合并后的模型表现良好。模拟的冰盖在同样的位置形成,并且和真实冰盖保持相同的进度。在成千上万年的时间里,它们缓慢地扩张。之后,大约每隔10万年,它们就会在几千年的时间里消融。该报告的作者之一、美国纽约Lamont-Doherty地球观测站的古气候学家Maureen Raymo表示,该模型完全靠自身得出结果,没有人为的气候作用力,也没有过分简化过程。Abe-Ouchi表示,还有更多的工作需要完成,不过“我有很强烈的直觉和自信,它会表现得很好”。
 
该模型的成功允许Abe-Ouchi和她的同事聚焦于他们认为对真实冰盖周期有关键作用的两个过程。其中一个是2.3万年周期和10万年周期的互相作用。在将近10万年的时间里,这种相互作用使夏季北部高纬度地区的太阳照射量足够低,令冬雪在夏天得以保持并堆积成冰盖。但是定期地,这两种周期相结合会向北部高纬度地区提供更多的夏季热量。
 
在这一点上,另一个关键因素——北美冰盖的巨大质量——也发挥了作用。北美冰盖从东海岸蔓延到西海岸,直到芝加哥南部。当时冰盖到达了最南端,当两个轨道周期共同作用使北部夏天更暖时,冰盖就开始从边缘融化。
 
同时,冰盖巨大的质量使其侵入地球表面达1000米或者更深。而随着冰盖越来越向下融合而形成了一个空洞,这里的大气则随着深度的增加而越来越暖。研究人员称,这种变暖反馈现象是模型中冰盖融化如此迅速的主要原因。
 
“这是目前为止最好的结果,真是一个很大的进步,因为他们使用了更多复杂的模型。”宾夕法尼亚州立大学帕克分校的古气候建模研究人员David Pollard如是评价。下一步——在复杂气候和冰盖模型之间建立直接而互动的联系——必须要“等待更先进的计算机技术”。(来源:中国科学报 苗妮)
  
 
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