3 Ma以来轨道尺度东亚冬季风演化的模拟研究

轨道尺度东亚冬季风变率对认识第四纪东亚环境演化和北半球冰盖演化具有重要的作用。文章利用德国波茨坦气候影响研究所的中等复杂程度地球系统模式(CLIMBER-2)对过去3 Ma气候和环境的模拟结果,探讨了轨道尺度东亚冬季风演化特征及其变化机制。采用两种指数反映东亚冬季风强度,分别指示中纬度西风强度(EAWMU)和东亚北风强度(EAWMV)。CLIMBER-2较好地模拟出了3 Ma以来地球冰期-间冰期旋回特征,以及第四纪以来全球变冷趋势。东亚冬季风在过去3 Ma以来呈现逐渐增强的趋势,EAWMV和EAWMU分别在约2.6 Ma和约1.5 Ma突然增强。EAWMV(EAWMU)在约2.2 Ma(约1.5 Ma)之前主要以20 ka岁差周期为主导,约2.2~1.0 Ma(约1.5~1.0 Ma)的转型期以41 ka倾角周期和20 ka岁差周期为主导,约1.0 Ma之后则均出现100 ka、41 ka和20 ka这3个轨道周期特征,并以100 ka偏心率周期为主导。在约2.2 Ma(约1.5 Ma)之前,EAWMV(EAWMU)主要受控于太阳辐射的直接强迫作用,北半球冰盖的作用相对较弱,在此之后北半球冰盖起主导作用,太阳辐射的直接强迫作用相对较弱。因此,第四纪东亚冬季风与北半球冰盖存在复杂的耦合关系,当冰盖规模较小时,它们的关系很弱;反之,当冰盖规模较大时,它们的联系加强。

晚更新世以来轨道尺度东亚夏季风环流和降水演化的解耦

晚更新世以来东亚夏季风轨道尺度演化特征和物理机制存在很大争议,洞穴石笋氧同位素等记录揭示过去64万年以来东亚夏季风的演化,以约2万年周期为主,响应于低纬夏季太阳辐射引起的海陆热力差异变化;而黄土磁化率和10Be等记录揭示过去80万年以来东亚夏季风变化以10万年周期为主,受高纬冰盖波动和大气CO_(2)浓度的影响.基于地球系统模式CLIMBER-2在地球轨道参数驱动下进行的过去300万年地球系统模拟试验显示,过去80万年以来东亚夏季风环流与受夏季风影响的降水存在明显的解耦现象:即2万年周期变化的东亚夏季风环流和10万年周期交化的东亚夏季风降水,分别响应于岁差和CO_(2)浓度变化.本研究揭示了地球气候系统内部过程,尤其是碳循环对东亚夏季风响应地球轨道变化具有重要调节作用.