上新世更新世海洋对4万年周期的调节机制研究

During the most time of past 5 million years (Ma), from 5 Ma to 1 Ma, the benthic δ18O stack serials indicate that the ice volume changes are controlled by Earth obliquity cycles, which show an about 40 ka period. However, it is interesting to notice that the δ18O stack serials show that the ice volume cycles controlled by obliquity have smaller variability during the Pliocene, but much larger variability during the Pleistocene. This difference can not be fully explained by the positive feedback due to the increased ice volume. There must be other factors causing the different variability in ice volume during the Pliocene and the Pleistocene. According to earlier studies and our preliminary simulations, ocean is one possible key factor that can impact obliquity cycles. In this study, we are planning to use the Norwegian Earth System Model (NorESM-L) and the SICOPOLIS (SImulation COde for POLythermal Ice Sheets) ice-sheet model, to further investigate the oceanic impact on the responses of global climate and the Northern Hemisphere ice-sheet to the obliquity changes.

从上新世500万年到更新世100万年，是北半球冰盖形成和发展的时期。在这400万年时间里，深海氧同位素曲线揭示的冰量变化具有明显的4万年地轴倾角周期。然而，同样表现为4万年周期，深海氧同位素曲线揭示的冰量变化幅度在上新世和更新世却有明显差别，上新世的变化幅度明显要比更新世小很多。虽然，更新世北半球冰盖的发展，冰盖的反馈效应有可能加强北半球冰盖对地轴倾角变化的响应；但是，还有其他因素产生影响。根据已有的研究和我们初步的试验结果，海洋很有可能是影响上新世和更新世全球气候和北半球冰量对地轴倾角变化响应的关键因素之一。这里我们试图通过地球系统模式模拟和冰盖模式模拟，来进一步分辨海洋在全球气候和北半球冰量对地轴倾角响应中的作用；并探讨海洋是如何对这种响应产生影响的。

项目针对上新世以来轨道时间尺度北半球气候/冰盖的变率开展模拟研究。项目研究团队利用挪威地球系统模式（NorESM-L）、BIOME4植被模式和PISM冰盖模式开展场景模拟：模拟了不同北半球陆地冰盖、大气CO2 浓度、海洋和海道条件下，全球气候对地轴倾角变化的响应；诊断了模拟中海表面温度梯度、变率的变化和机制；利用NorESM-L，BIOME4和PISM非同步耦合模拟，模拟了不同地球轨道参数、温室气体浓度条件下，北半球冰盖的发育和演化。项目最新的研究结果揭示，第四纪冰期北半球冰盖的演化比我们原来理解的复杂。主流观点认为过去的冰期-间冰期旋回里，北半球冰盖只在北美和北欧阶段性扩张。而我们模拟的东北西伯利亚冰盖以及相关的地质证据，质疑了第四纪冰期北半球冰盖演化的主流观点。冰盖-植被-大气-海洋之间的反馈使得东北西伯利亚冰盖可以快速形成和消失。第四纪北半球冰盖增长引起的大气海洋反馈，是影响第四纪轨道时间尺度气候变率的重要因素之一。这一反馈的作用，比全球海洋海表面温度梯度和变率的影响更加重要。