晚上新世北半球冰盖形成过程中水汽输送加强的可能机制探究

The initiation of Northern Hemisphere Glaciation (NHG) in the Late Pliocene (2.8-2.6 Ma) marks the transition of global climate from early-mid Pliocene warm period to the ice age which exhibits periodically ice sheet melt and growth. However, the mechanisms behind the initiation of NHG are still debated. In general, the build-up of Northern hemisphere ice sheets requires lower temperature and enhanced moisture supply at high latitudes. Recent studies investigated the possible factors causing the onset of NHG in terms of temperature changes. However, the role of moisture supply in the formation of Northern Hemisphere ice sheets is often ignored and has remained unclear. Therefore, using an earth system model together with a three-dimensional ice sheet model, we investigate the role of Panama seaway closure, Indonesian seaway closure and Tibet Plateau uplift on moisture supply in the Northern Hemisphere high latitudes and the mechanisms behind them, and further study their influences in the build-up of large Northern Hemisphere ice sheets. Through this study we attempt to explore the possible factors resulting in the enhanced moisture supply in the initiation of NHG in the Late Pliocene, and hopefully our results will be beneficial to understand the causes of the initiation of NHG.

晚上新世（约2.8-2.6 Ma）北半球冰盖的形成标志着全球气候从早、中上新世暖期向冰期（伴随着周期性地冰盖消融和增长）的转变，但是其形成机制仍有争议。一般而言，冰盖形成并维持的基本条件包括高纬地区显著降温和充足的水汽条件。目前，已有研究大多从温度变化的角度，探讨晚上新世北半球冰盖形成的可能原因。但是，如果仅有温度降低，而没有大量水汽输送的话，冰盖也不可能大规模发展。然而，在研究晚上新世北半球冰盖的形成机制时，水汽输送的变化却是一个经常被忽视的问题。因此，本项目利用地球系统模式CESM结合冰盖模式SICOPOLIS，在中上新世边界条件下，辨析巴拿马海道关闭、印尼海道关闭和青藏高原隆升对北半球高纬度地区水汽输送的影响及其动力学机制，并定量探讨各因子对北半球冰盖形成的贡献。通过本项目，我们试图揭示北半球冰盖形成过程中水汽输送加强的可能机制，同时期望对理解晚上新世北半球冰盖的形成原因有所启示。

晚上新世北半球冰盖的形成机制目前尚不清楚，本项目研究了上新世构造活动的气候效应，并进一步探讨了极地冰盖的可能空间分布。模拟结果表明，印尼海道变窄导致北半球大部分高纬地区降温，年平均降水整体减少，但具有显著的区域差异。巴拿马海道关闭造成北大西洋温盐环流加强，导致北半球高纬地区气温普遍升高，但格陵兰气温无显著变化，年平均降水在欧亚大陆高纬地区增加，而在格陵兰西部减少。在上新世暖期，格陵兰无大规模冰盖存在，仅有少量冰位于格陵兰东部沿岸山地地区；西南极冰盖几乎完全融化，但东南极冰盖相对稳定。随着晚上新世后全球逐步降温，在理想冰期条件下，格陵兰冰盖显著扩张，冰岛完全被冰覆盖，北美高纬度地区有大规模冰盖形成，落基山冰川和冰帽明显发育。此外，亚欧大陆高纬环极地区以及勘察加半岛周边区域也有冰盖形成。本项目研究成果对于深入揭示晚上新世后北半球冰盖的起源具有重要的指导意义。