地球轨道变化会引发突然的气候变化

以史为鉴，可以知兴亡。这个“历史”既是人类文明的进化史，也是地球自然变迁的漫长历史。

“利用复杂气候模型，我们对过去三四万年的气候瞬变进行了模拟实验，首次证明了地球轨道的变化可以直接触发气候突变，系统论证了地球轨道变化对气候突变的双重调控。”11月4日，中国科学院地球科学卓越创新中心(以下简称中国科学院)和青藏高原研究所研究员、兰州大学教授张旭告诉科技日报记者。

该研究为理解更新世气候突变事件的触发机制提供了一个全新的动力学模型。相关研究成果在线发表于《自然地球科学》杂志。

可以直接触发大西洋经向翻转环流的突变。

大约270万年前，随着北半球大陆冰盖的逐渐发育，气候系统开始经历一万年一遇的冷暖交替，被称为冰川-间冰期气候循环。在冰川气候背景下，全球气候频繁经历千年尺度的突变事件。20世纪80年代，有学者指出气候突变的主要原因与大西洋经向翻转环流的变化有关。

“这一观点在30多年的持续研究中已被普遍接受，但对其触发机制却有诸多猜测。有学者提出，可能与海洋环流的内部变率有关，或由冰盖或海冰融化引起。也有学者指出，大气二氧化碳浓度和南半球西风带也起到积极作用。但这些推测主要集中在地球系统的内部因素上。”张旭介绍。

前人大量研究证明，地球轨道的变化可以通过内部气候因素的变化(如冰量的变化)调控气候突变事件的发生，即轨道间接调控气候突变。

那么，地球轨道的变化能否直接触发千禧年气候的突变呢？

为此，研究人员首先进行了过去4万至3.2万年的气候瞬态模拟实验。在实验中，研究人员仅将地球轨道参数作为变量，而其他所有环境变量，如冰量、温室气体等保持不变，以此来检验地球轨道的变化是否能直接触发大西洋经向翻转环流的突变。

实验结果表明，大西洋经向翻转环流与气候记录中记录的千年尺度振荡相似，相应的温度和降水变化与气候记录吻合较好。“中国的黄土、石笋和湖泊清晰地记录了千年尺度的突变事件。这些突发事件对中国的自然环境产生了重大影响。在复杂气候模型中，我们首次证实了地球轨道的变化可以直接驱动气候的突变。”中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所所长陈发虎强调。

它可以帮助人类建立对“后天”的科学理解

随后，研究人员对轨道参数进行了单次强制实验，即只改变地轴的倾角、偏心率和进动，进一步定性确定不同轨道参数对气候突变的影响。

研究发现，岁差的变化通过影响北半球低纬度地区的夏季太阳辐射，可以调节大气水汽从大西洋向太平洋的输送强度，进而调节北大西洋的海面盐度，导致大西洋经向反转流的突变。

同时，地轴的倾斜可以通过影响年平均气温来调节北大西洋深水生成区的海水温度和海冰面积。

陈发虎说，通过这些研究，我们可以证实，更新世以来冰河期的千年尺度气候事件很可能是受极地冰盖和地球轨道参数变化控制的。然而，轨道尺度的气候变化和千年尺度的气候突变如何协同影响更新世以来的气候演化，需要通过冰盖动力学过程的地球系统模型进一步研究。

“通过研究古气候现象背后的机制，科学家们试图揭示不同时空尺度的气候过程协同作用对气候变化的影响，力求掌握气候演化规律。这不仅对人类预测和应对未来气候突变具有重大而深远的意义，也有助于人类建立对‘后天’更科学、更理性的认识。”陈发虎说。