地質地球所關于黃土古氣候的研究取得重要成果

　　第四紀時期北極冰蓋的增長與消融主導了海平面的升降和全球冰期(寒冷期)?間冰期(溫暖期)氣候的交替出現。北極冰蓋演化的信息主要來自深海氧同位素記錄，但是學術界逐漸認識到后者實際上反映的是兩極冰蓋變化的綜合環境效應，并且可能受到大洋底流水溫的嚴重影響。北極冰芯的連續環境記錄僅能夠追溯至第四紀晚期，如何獲得更老時期高緯氣候和北極冰蓋演化的信息，成為古全球變化研究的重大命題。這方面的研究對認識北極冰蓋的未來發展趨勢也具有重要的現實意義。

　　長期以來人們一直希望能找到地質歷史時期的“環境相似型”來推測未來氣候的發展趨勢。40萬年前后太陽輻射變化幅度與未來6萬年相似，是距今最近相似型。因此本世紀初40萬年前后的間冰期的環境演化成為全球古氣候研究的一個焦點，但終因不同地區地質記錄、模型模擬結果存在顯著差異，至今沒有對這個時期的溫暖程度、間冰期長度等問題形成統一的認識。更為重要的是，這種太陽輻射變化的相似性是否在地球環境系統的演化過程中產生過重要的作用，并在地質記錄中具有重現性和周期性，是運用相似型方法預測未來氣候的關鍵。

　　中科院地質與地球物理研究所新生代地質與環境研究室的郝青振副研究員與合作者發揮我國黃土記錄的優勢，根據黃土粒度變化研究了90萬年以來不同冰期北極冰蓋增長的規律，發現在以40萬年為周期的北緯65° 夏季太陽輻射變化幅度最小時期，北極冰蓋的增長滯后于全球冰期發展，滯后時間最長約達到2萬年，也就說，全球進入“冰期”后，北半球繼續處于氣候溫暖的間冰期狀態。這種現象不僅發生在40萬年前后，還發生在80萬年前后。

　　該研究進一步提出，太陽輻射變化幅度降低、驅動變弱是造成40萬年前、80萬年前北極冰蓋滯后發展的根本原因。已有地質證據與氣候模式研究發現，北極冰蓋的演化受到地球軌道要素配置的綜合影響，但是北緯夏季太陽輻射降低是冰蓋增長的根本原因。在太陽輻射變幅減小的時期，其最低值高于冰期形成的閾值，這就使得在40萬年前、80萬年前北極冰蓋難以和全球冰期同步發育。

　　上述結果為推斷未來北半球冰期來臨的時間提供了關鍵證據。與40萬年前后相比，未來6萬年太陽輻射的變率更低。根據北極冰蓋響應太陽輻射變化的周期性規律，不考慮人為增加的大氣CO2濃度的影響，北半球目前溫暖的間冰期氣候可能至少還會持續約4萬年的時間。

　　上述研究結果發表在10月18日出版的《自然》(NATURE)上(Hao et al. Delayed build-up of Arctic ice sheets during 400 kyr minima in insolation variability. Nature, 2012, 490: 393-396)。

　　圖1 過去88萬年來黃土記錄的東亞冬季風（EAWM）和東亞夏季風（EASM）演化序列與全球其他古氣候記錄的對比。a：北緯65°夏季太陽輻射（橙色）和地球軌道偏心率長期變化（黑色）；b：Imbrie北極冰量理論模型；c：深海氧同位素復合曲線（指示全球冰量）；d-e：驛馬關黃土剖面粒度（>32μm的百分比，響應北極冰蓋變化）和頻率磁化率變化曲線（響應冰期-間冰期變化）；f-g：洛川黃土剖面粒度（>32μm的百分比）和頻率磁化率變化曲線。陰影區顯示了主要的古土壤單元以及與其他古氣候記錄的對比，綠色的影區突出顯示了黃土粒徑的滯后變化。

　　圖2 （上圖）40萬年前后（氧同位素階段11-10）太陽輻射（黑色曲線）與未來6萬年太陽輻射（紫色曲線）的對比（負值代表未來）；（下圖）40萬年前后黃土粒度（藍色線，響應北極冰蓋變化）和磁化率（橘黃色線，響應冰期-間冰期變化），顯示北極冰蓋滯后全球冰期發展至少2萬年，指示北半球在這一時期至少持續了6萬年。