中科院课件古气候学第2讲

第2讲古气候变化原因（轨道尺度）

一、地球轨道变化与冰期旋回

二、古气候变化的数值模拟

不同尺度气候变化有不同的原因

古气候变化三个时间尺度

1、亚轨道尺度（sub-orbital time scales, 101－103年)－太阳活动(solar activity)

等因素驱动

2、轨道尺度(orbital-scale)－日照(insolation)

季节、纬度配置变化驱动

3、构造尺度(tectonical-scale)－岩石圈构造

变化驱动

前二者表现为波动性，后者表现为不可逆性

太阳系中的各行星

1、太阳系中各星体各有其运动轨迹和运动速度，从而使地球处在不断变化的重力场中，并导致其轨道三要素沿时间不断变化。

地球大气层顶部所接受的太阳辐射强度是太阳常数和地球轨道三要素的函数

地球轨道三要素

2、地球轨道三要素

（1）、偏心率（eccentricity)

表示运动轨道的形状（现为0.016)

（2）、地轴倾斜度（obliquity or axial tilt)

表示转动轴的倾斜程度（黄赤夹角）(23o27’)（3）、分点进动（岁差）(precession of equinoxes)表示某季地球－太阳的距离(现冬季近日点）

3、轨道三要素变化

偏心率：0.0--0.0607, 10万年周期、41.3万年周期地轴：22o--24o30’, 4.1万年周期

岁差：1.9万年与2.3万年两个变化周期

椭圆的偏心率

偏心率与地球到太阳的距离

地轴倾斜度（黄－赤交角）

地球像陀螺一样，存在三种运动

地球的轴进动(Wobble)

运行轨道面缓

慢旋转，带到

长、短轴移动黄道面进动

近（远）日点的季节进动－－岁差变化

以上两种运动

合在一起，引

起分点、至点

在黄道面上的

位置变化

4、对地球大气层顶部接受

太阳辐射的影响

地轴倾斜度的影响

北半球冬季日照

地轴倾斜度对辐射的影响

地轴变化对太阳辐射的影响

1、决定极圈、回归线纬

度，极昼、极夜天数

2、角度越大，高纬夏季

辐射越多，冬季越少

3、两半球影响一致

（从季节角度论）

4、其影响高纬大，低纬

小

两半球“季节影响一致性”

地轴倾斜度变化及周期数值越大，高纬夏季接受辐射越多。

岁差的影响

近（远）日点的季节进动－－岁差变化

以上两种运动合在一起，引起分点、至点在黄道面上的位置变化

完成一周运动

近日点轴与春分点的夹角

假定轨道为圆时，变化在1与-1间

-1代表夏至近日点，＋1夏至远日点（轨道为椭圆，由偏心率调节幅度）

岁差变化的辐射效应

1、决定近日点何季出现

2、其影响两半球相反

3、低纬影响大于高纬

4、受偏心率调控

(偏心率越大，其调控

作用越大）

何时离太阳最近、最远

岁差变化的辐射效应

1、决定近日点何季出现

2、其影响两半球相反

3、低纬影响大于高纬

4、受偏心率调控

(偏心率越大，其调控

作用越大）

岁差变化对两半球的影响

岁差变化的辐射效应

1、决定近日点何季出现

2、其影响两半球相反

3、低纬影响大于高纬

4、受偏心率调控

(偏心率越大，其调控

作用越大）

岁差变化对两半球的影响

岁差变化的辐射效应

1、决定近日点何季出现

2、其影响两半球相反

3、低纬影响大于高纬

4、受偏心率调控

(偏心率越大，其调控

作用越大）

偏心率与地球到太阳的距离

偏心率的影响

偏心率对太阳辐射的影响

1、调节季节差别大小

2、两半球效应相反（北半球

夏季大时，南半球夏季小

3、两季最大差别可达30％

4、可对辐射总量微调

（0.2%)

其实偏心率通过调节岁差起作用！

5、三要素作用下太阳辐射沿纬度和季节作周期性变化

6月不同纬度太阳辐射变化曲线（夏半球P主要，冬半球高纬T主要）

12月太阳辐射沿不同纬度变化曲线（夏半球P主要，冬半球高纬T主要）

赤道区冬、夏呈反相位（幅度一致）