□建平 一篇来自中国科学院地球环境研究所的文章指出，地球环绕太阳运行的轨道变化或是如今气候突变的真正幕后推手。该说法主要源于近日发表在《自然·地球科学》上的几篇研究论文。 研究人员发现，太阳辐射作为地球气候系统最重要的外部驱动力，由轨道变动导致的地表接收太阳辐射变化虽然非常缓慢，但对气候突变的影响已不容忽视。有研究表明，至少在更新世时段内，千年尺度气候突变会持续受到这种地球轨道参数变化的调制影响。 地球轨道三要素 众所周知，地球绕太阳运动的轨道并不是“西方绘画之父”乔托笔下的完美圆形，而更像是一个随着时间音符不断律动的椭圆形。而且这种绕行运动的方式有数十种之多，不过最广为人知的还是地球的公转和自转。 地球上万物能量皆来源于太阳，当地球绕太阳运行轨道发生变化时，地球表面所接受到的太阳辐射能量也随之改变，造成地球上气候发生相应的冷暖波动和风雨变迁。所以，地球上的气候变化与太阳绝对脱不了干系。 但要了解地球轨道变化对气候的影响，首先要了解地球轨道的三要素：偏心率、地轴倾斜度、岁差。 偏心率是指地球绕太阳旋转的椭圆形轨道并非一成不变，其变动范围是0-0.07，变化周期为40万年和10万年。偏心率的变化对地球表面接受的太阳能量影响很小，但它仍会通过调制岁差振幅进而影响地球表面太阳辐射量。 地轴倾斜度是指地球自转轴（赤道面）与公转轴（黄道面）的夹角，又称地轴倾角，它也一直在21.5°-24.5°之间缓慢变化，周期约4万年。这个倾角变化会影响着地球纬度之间太阳辐射入射量差异，较小的地轴倾斜度意味着高纬地区会接受更多太阳辐射。 岁差是气候季节性变化的主要诱因，造成南北半球四季正好相反。它是指地球运转时近日点和远日点在公转轨道上做的一种旋进运动，造成春（秋）分点在黄道面上位置产生变化。岁差的周期约为2.6万年和1.9万年。 寒潮≠气候突变 我们要明确一点：并不是偶尔几次寒潮，就能被称作“气候突变”。 地球气候除了经历万年尺度的冷、暖、干、湿的波动外，也会发生一系列更短尺度的突变事件。但真正的气候突变事件，都是指那种速度快、幅度大、影响广的变化，通常会导致人类和自然生态难以适应。例如，尼罗河与印度河的古文明和玛雅文明等的衰落，均与气候突变有关。 一直以来，科学工作者们都在寻找千年或更短时间尺度气候突变存在的证据，他们通过一些特殊的地质生物载体，如冰芯、树轮、砗磲，石笋、湖沼、黄土和深海沉积物等中的蛛丝马迹，找到了气候突变过程中留下的有关元素含量、同位素比值等的信息，慢慢试图揭开过去数万年来气候突变的神秘面纱。 人们发现，地球上经历的气候突变，表现不尽相同。有人认为洋流变化是气候突变的主要诱因，但也有人发现，地球轨道参数变化、冰川动力学、大气CO_2浓度波动等因素都可能会触发气候突变。 比如早在20世纪初，南斯拉夫学者米兰·柯维奇就指出，地球轨道引起的北半球夏季太阳辐射变化是驱动冰期旋回的主因。 W.Broecker等人在20世纪80年代则指出，气候突变的主要原因与大西洋经向环流的变化有关。这一观点在随后30多年的持续研究中得到普遍认可。 随着深海钻探技术的发展，W.Dansgaard和H.Oeschger等人又发现格陵兰岛冰芯中的氧同位素记录了末次冰期一系列千年时间尺度、冷暖快速交替的气候波动，后来又确认该气候波动是真实存在的气候事件，由此确认地球轨道参数变化是冰期旋回的起搏器。 越来越多的研究表明，地球气候突变跟地球轨道参数的变化关系密切。 掌握规律，方可预测和应对未来 最近，中国科学院青藏高原研究所的科学家领导的科研团队，利用先进的复杂气候模型，系统地阐述了地球轨道变化直接驱动千年气候事件的动力机理，相关论文在线发表于专业期刊《自然·地球科学》上。 研究人员对最近80万年间冰期瞬变模拟结果进行研究，发现岁差的变化可通过影响北半球低纬地区的夏季太阳辐射量，调节大气水汽从大西洋向太平洋的输送强度，进而调控北大西洋的海表盐度；大西洋海表盐度的变化，通过影响北大西洋深层水生成的强度，又能触发大西洋经向环流的突变。同时，地轴倾角可通过影响北半球高纬地区的年平均太阳辐射变化，调控北大西洋深层水生成区的海水温度以及海冰面积，进而影响表层海水垂直混合的强度，引起这些突变。 这一系列的数值模拟试验证实了，地球轨道的变化不仅可以通过影响冰盖大小等方式间接调控气候突变的发生，也可通过影响海洋-大气系统直接触发气候突变。最终，他们确定：过去270万年以来，更新世所发生的千年气候事件很可能是地球轨道变化双重调制的结果。 如今地球气候异常现象频出，可能也是一场短尺度范围内的重要的气候突变。科学家们相信，只有努力掌握气候演变的规律，才能更好地预测和应对未来的气候变化，指引人类可持续发展的方向。 |
|
|
