过去气候演化的阶段性和突变_张丕远

第4卷第1～2期1997年3月

地学前缘(中国地质大学,北京)

Earth Scien ce Frontiers(C hina U nivers ity of Geos ciences,Beijing)

V ol.4No.1～2

Mar.　1997过去气候演化的阶段性和突变

张丕远a 葛全胜

(中国科学院、国家计委地理研究所,北京,100101)

摘　要　地球系统的历史信息是评估全球变化的一项重要因素。前些年,过去气候研究中发现

了气候的突然变化的现象,突变证据大多出现在冰期,或由冰期向间冰期的过渡时期,并认为这

是冰盖的成冰与溶解过程造成海水铅直运动的结果。近些年,过去气候研究还发现在间冰期中

也出现突变。我国的历史文献、冰芯和沉积的高分辨率的古气候恢复工作发现近2000年来中国

气候明显存在着突变事件。因此,这给我们带来了新的问题,即间冰期气候的稳定性问题。如果

气候突变的证据增多,那意味着气候系统很可能按两种方式运行。

关键词　过去的气候　突变　间冰期　末次冰期

CLC　P532

地球系统的历史信息是评估全球变化的一项重要因素。地球系统中的许多物理、化学和生物的相互作用导致了局部乃至全球范围内的不同时间尺度的气候和环境变化。它们影响着大气、海洋、冰川和陆地表面。令人欣慰的是,这些变化在多种代用资料中,如海洋、陆地、生物和文献中都有可追踪的痕迹。

国际地圈-生物圈计划(IGBP)已经制订了PAGES计划,其目的在于从时间和空间上重建环境和生态状况的重要事件,并努力弄清它们的起因〔1〕。PAGES的目标集中在以下几个关键方面:自然变化与人类影响作用;外界因素和气候敏感性;温室气体浓度的生物反馈;生态系统对气候变化的响应;突发事件和其它意想不到的现象。对PAGES来说,两种时间尺度具有特殊的重要性:人类活动频繁和它们对地球的影响最明显时期(近2000年来),以及经历了自然气候和环境的巨大变化的第四纪中的间冰期期间(Lorius and Oeschg er,1994)〔2〕。

1994年,世界气候研究计划(WCRP)的气候变率和可预报性小组(CLIVAR与PAGES)在意大利威尼斯成立了联合小组以共同致力于以下研究:(1)低纬气候变化动力学;(2)全球海洋热力变率;(3)区域到全球尺度的水文变率;(4)气候变化的突变动力学;

(5)气候模式评估和改进;(6)气候变化的探测(Duplessy and Overpeack,1996)〔3〕。但直到最近,大多数的工作只是试图弄清冰期—间冰期循环中的重要机制,且主要集中在对较低分辨率的连续性的气候资料的解释方面。在末次间冰期中,全新世的详细资料显示出近1万年的气候相当稳定,但是最近得到的对冰芯和海洋沉积物钻芯的高分辨率的断面分析,为这样的讨论提供了一个新的内容;除了已知的平稳长期特征外,一些高分辨率的记录揭示了几个

a　收稿日期:1996-09-20

作者简介:张丕远,男,1932年生,研究员,环境变迁和历史气候学专业。

本文受国家自然科学基金会资助。

摄氏度的气温变化也许就在几十年中完成。下面,我们讨论在最近一次冰期和上一个间冰期气候时期出现的一些突然变化事件,尤其是在近2000年出现的气候突变事件。

1　冰期出现的气候突变

古气候研究所揭示的事实说明仪器记录只是环境变化中的片断,它所能描绘的只是气候系统行为的一个短暂的阶段。例如,古气候证据表明气候系统在末次冰期中常常出现长达几年到几十年的间断或分叉,它们将前后两段型式截然不同的气候间隔开。这些阶段性的中断可以持续几百年,甚至百万年,但也可能只是年际到十年的尺度,这种变化被称作突变。这种气候状态的变化大多发生于从冷期(冰期)向暖期(间冰期)的转换之间(约距今14000～9000年间)(Grootes,1993)〔4〕。近年不断出现的各类证据表明突变出现地点日益增多。全新世中的气候突变现象也时有报道,甚至在中低纬度也发现突变现象(Gasse and Van Cam-po,1994)〔5〕。

这些突变现象是很有意义的,因为它们很难在现代仪器观测中发现,而且它们的原因也极难认识。如果我们仔细地绘出突变事件发生前后的一系列空间分布类型,无疑会有助于寻找它们的原因和提高可预报性,即便全新世中与突变相伴出现的空间类型不一定会在未来出现,对它们的研究至少也有助于认识气候系统是如何适应突然变化的。因为可以推测,由微量气体在大气中浓度增加所导致的全球性增暖过程中如果出现突变的话,它们应该类似于地质时期所出现的突变。因此,过去气候突变的研究应该集中于发展和评估能够模拟突变的预报模式〔3〕。

上文所论述的是大尺度和大规模的突变,没有涉及到仪器观测在百年尺度上所观察到的突变,这方面我国已开展工作(严中伟,1992)〔6〕。

PAGES/CLIVAR的突变工作组强调以下几点主要工作(Lo rius and Oeschg er, 1994)〔2〕:

(1)与海洋有关联的过去气候突变事件

某些过去气候突变事件可以找到它们与海洋环流的关系。在这里并不是想放弃那些与海洋环流无关的古气候事件,因为任何古气候事件都会帮助我们认识气候系统运作的过程。PAGES/CLIVAR〔3〕拟集中力量于对距今1万年晚仙女木期,发生在北太平洋地区的疾促的冷却事件进行研究,该突变现象证据在欧洲发现较多,我国有所发现(张兰生,1982)〔7〕,但北美并无发现。进一步研究还表明在高纬出现的突变和北部海洋冰雪的变化呈现相关性,虽然这些结果需要加以验证,但已是一个很好的例证,它说明可以使用大气-海洋耦合模式来决定这种大尺度突然气候变化的原因、过程和可预报性的意义。

其它的突变事件,如距今8000年北半球和距今2000年南半球发生过的突变事件,也日益得到广泛的承认,并认为这些突变也和海洋环流存在某种联系。如果这些事件不能在相当大的空间尺度上找到类似的事件,如同晚仙女木期那样大的规模,就表明这样一个事实:在暖期或间冰期,气候系统必需有附加的气候过程才能发生气候突变。

(2)未知驱动力的过去气候突变事件〔3〕

过去的冷期和与之相伴随的水文和其它异常事件已在世界各地找到广泛的印证,且其证据是来自分辨率达到季节或年的珊瑚、冰芯、年轮、沉积和历史文献(Bradley&Jo nes,

1997,4(1～2)

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