气候系统对CO_2强迫和太阳辐射强迫在不同时间尺度的响应

使用Had CM3L气候模式,针对突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射强迫进行一系列理想化模拟试验,分析并比较了CO_2强迫和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制和异同。模拟结果表明,突然增加的4倍CO_2浓度和增加4%的太阳辐射造成的长期全球表面平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大。气候系统对CO_2和太阳辐射的响应可以分为快响应和慢响应两个部分,而降水的差异主要体现在大约1个月时间尺度内的快响应阶段,在这一时间段,陆地区域CO_2的气孔效应减少了植被的蒸腾作用,导致降水受到抑制;海洋区域CO_2的辐射效应会首先导致大气长波吸收增强,而海洋的比热较大,所以海表温度变化落后于低层大气,低层大气的垂直稳定度增加,海表向上蒸发受到抑制。此外,比较不同时间尺度上CO_2对气候系统的影响,可以发现在1个月的短时间尺度上,对陆地而言,CO_2的气孔效应对气候系统的影响占主导地位,但在数年以上更长的时间尺度上,CO_2的辐射效应是导致地气系统温度升高的主要原因。

第四纪冰期循环40ka周期的一种解释以及模拟尝试

越来越多的资料证实,从第四纪和第三纪晚期到大约900ka前的中更新世转变前(MPT,mid-Pleistocene transition),北半球冰期变化周期为40ka,MPT之后转变为100ka.一般作为外强迫来解释冰期间冰期循环的北半球中高纬度夏季太阳辐射变化是由地球轨道进动控制的,但其主要周期是20ka,这和实际的冰期间冰期循环的周期不相符.定义了一个能量指标C和响应阈值Ct,前者表示外部辐射能量的供给大小,后者代表了气候系统的整体响应.C与Ct的大小关系决定冰原融化或者积累,控制间冰期的开始和结束的时间,并决定冰期循环的周期.基于能量阈值假设,从一个概念模式出发对冰期循环周期和控制因子进行了模拟试验.结果显示,能量指标C和阈值Ct不仅能够解释中更新世转变之前冰期的40ka周期变化,也能够部分地解释MPT之后冰期的准100ka周期变化,其中40ka是冰期循环的基本周期,从而揭示了MPT前后气候系统变化和周期演变的内在连续性.