上新世-更新世过渡期东亚气候对北半球冰盖逐步建立的响应及其机制研究

The Pliocene Pleistocene transition (PPT,3-2 Ma) is a tipping point in the earth climate history since the Cenozoic era, when the Earth climate accelerates its transition from the“green-house earth”to the“ice-house earth”. During the PPT, the reconstructed atmospheric CO2 concentration declines from a modern-comparable level (400 ppmv)to lower than 280 ppmv. Then the large built-up of Northern Hemisphere (NH) ice sheets take place resulting in the significant drop of global sea level and the enhancement of global meridional ocean temperature gradient and the tropical zonal temperature contrast. Regionally, East Asian climate also experiences important change along with the global climate modulation. According to the studies based on the geological data, East Asian is warm and humid during the late Pliocene (3-3.0 Ma)，whereas after 2.6 Ma，East Asian becomes cool and the inland aridification enhances, which is in good phase with the large expansion of NH ice sheets. To explain the mechanism of East Asian climate change during the PPT transition, modeling studies are indispensable, but are still rare currently. Thus, in this project, we will apply high-resolution atmosphere-ocean coupling models and ice sheet model to study the mechanism for East Asian climate change in response to the NH ice sheets onset. This research aims at further understanding East Asian monsoon historical evolution as well as its response to the future climate change.

上新世-更新世过渡期（3-2 Ma）是新生代全球气候变化的重要拐点之一。在此期间，全球气候从“温室地球”进一步向“冰室地球”转型，大气CO2浓度由高于 400 ppm 降至低于280 ppm，继而是北半球冰盖的大范围建立（2.7-2.5 Ma）及由此导致的全球海平面显著下降。伴随着上新世-更新世过渡期全球气候的深度调整,大量地质记录揭示东亚气候格局也发生了重要转变，及由此前的温暖湿润（3.3-3.0 Ma），变为此后的东亚季风减弱、内陆干旱化加剧（2.6 Ma之后）,这一转变与该时期北半球高纬冰盖的建立较为同步。然而针对此时期东亚气候对高纬系统的响应却一直缺乏基于气候模式的机理研究。因此，本项目将基于上新世-更新世过渡期开展东亚气候对北半球高纬冰盖逐步建立响应的数值模拟研究，旨在揭示北半球高纬冰盖的变化影响东亚气候的可能机制，为进一步理解东亚季风的历史演变及未来可能的变化提供一定的参考。

上新世-更新世过渡期是新生代全球气候变化的重要拐点之一。在此期间，全.球气候从“温室地球”进一步向“冰室地球”转型，大气CO2浓度由高于 400 ppm 降至低.于280 ppm，继而是北半球冰盖的大范围建立（2.7-2.5 Ma）及由此导致的全球海平面显著.下降。伴随着上新世-更新世过渡期全球气候的深度调整,大量地质记录揭示东亚气候格局也发生了重要转变，即由此前的温暖湿润，变为此后的东亚季风减弱、内陆干旱化加剧，这一转变与该时期北半球高纬冰盖的建立较为同步。然而针对此时期东亚气候对高纬系统的响应却一直缺乏基于气候模式的机理研究。因此，本项目基于上新世-更新世过渡期开展东亚气候对北半球高纬冰盖逐步建立的响应数值模拟研究，并结合海陆分布变化探讨上新世-更新世过渡期之前气候转型的可能机制。本项目研究表明：1）上新世-更新世转型期格陵兰岛冰盖、北半球冰盖逐步建立的过程中，不同程度的冰盖范围在不同轨道参数条件下对东亚区域气候的影响存在显著差异；仅格陵兰岛冰盖逐步建立时，冰盖对东亚气候的影响在冷轨道参数下较为显著，表现为东亚中部，南部变冷，变干；东亚高纬相对变暖；而当北半球大范围冰盖建立时，其影响在暖轨道参数下更为显著，表现为东亚整体变冷变干。2）上新世-更新世转型期之前，热带海道及高纬白令海道的开合对大洋环流及海洋温度梯度有着重要影响，即热带海道（印尼海道，巴拿马海道）的收缩/关闭可以导致北太平洋向北输送热量减弱，加大高低纬温度梯度；白令海峡的打开使得北大西洋环流减弱，进一步加大高低纬温度梯度，因此海道的变化可能给上新世-更新世转型期提供了一定的先决条件，并在一定程度上助于东亚气候在中上新世的转型。本项目研究进一步明确了东亚气候对上新世-更新世北半球冰盖逐步建立过程的响应，并为理解上新世-更新世气候转型提供了可能的机理解释。