中全新世以来海冰—温度时空变化机制:对全新世温度谜题的启示

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全新世(距今约11700年)是距今最近的地质时期。该时期全球平均海表温度重建记录显示中全新世最高,随后温度开始降低,然而这与模拟的持续升温不一致。这一全球温度趋势的重建-模拟差异被称为“全新世温度谜题”。前人认为“全新世温度谜题”可能主要是因为温度重建指标的季节性偏差或气候模型对于内部气候反馈的模拟失真所致。海冰作为系统内部反馈因子之一,可有效调控全球温度的变化。因此,若海冰模拟存在偏差,可将导致全球温度模拟的失真。基于此,本研究首先分析了全球、南北半球温度与海冰重建结果的变化特征;其次分析了CCSM3、FAMOUS、LOVECLIM以及MPI-ESM瞬变试验和第四次古气候模式比较计划(PMIP4)中片段试验温度、海冰的时空变化特征;最后通过对比海冰和其重建记录的差异,以及气候模型中局部地区海冰-SST统计关系和变化差异,探讨海冰模拟偏差的可能原因。1)瞬变模拟结果为全球、南半球温度升高趋势,且北半球温度变化趋势在模式间有较大差异。为了分析全球温度模拟原因,对模拟结果使用经验正交分解(EOF)分析其时空变化特征。全球温度模拟结果第一模态都表现升高趋势,第二模态表现为千年尺度震荡。本文使用集合经验模态分解(EEMD)分析中全新世以来模拟温度千年尺度以上震荡对长趋势的影响。温度的最后一个本征模函数(IMF)都表现为全球温度升高的趋势,且存在IMF表现为千年尺度的震荡,但是其幅值较低,不能对某一时期温度变化趋势产生根本的影响。2)揭示了南北半球海冰的时空变化及其原因。北半球海冰重建表明西北冰洋海冰从中全新世开始海冰为增多趋势;南半球海冰表现为扩张趋势。然而,瞬变模拟结果表明北半球海冰变化趋势并不一致,南半球海冰为减少趋势(MPI-ESM海冰为增多趋势,但总量较少)。CCSM3、FAMOUS全强迫试验海冰变化及原因如下:(1)在CCSM3试验北极海冰长期变化趋势不明显,可能是大气CO2升高和夏季(6、7、8月)太阳辐射降低的协同作用所致;(2)CCSM3试验南极海冰在5kyr BP突然减少是因为南大洋淡水强迫突然停止,激发海洋表层-次表层正反馈引发海冰的快速减少。(3)FAMOUS模式中海冰在两极都由CO2主控而减少。PMIP4的多模式平均表明因为北半球夏季(6、7、8月)、南半球春季(9、10、11月)太阳辐射降低主控海冰变化导致PI比6ka海冰多。
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