氣候模式如何說明和解釋冰河時期的氣候變化 _氣候

冰河時期多世紀氣候變化對北大西洋地區氣溫的影響。圖中顯示了氣候變化的冷暖階段之間的溫差。鳴謝:MARUM不來梅大學海洋環境科學中心；科學進展(2023年) 。DOI: 10.1126
據不來梅大學海洋研究中心（Jana Nitsch）：雖然人類對當前的全球氣候變暖負有責任，但我們的星球一直在經歷自然氣候波動。造成這種變化的可能機制是太陽亮度的變化或火山爆發，但也包括大氣/海洋/海冰系統內的相互作用。
這種振蕩的持續時間也稱為可變性，可以變化很大。這種氣候變異性在氣候研究中尤其重要，尤其是對于進一步提高我們對當前人為氣候變化影響的認識。然而，除了少數例外，持續幾個世紀的氣候振蕩一直缺乏明確性。
MARUM和地球科學部門的地球系統建模師Matthias Prange博士是在科學進展發表的一項新研究的第一作者，他解釋說:“數百年時間尺度的自然氣候變化尚未得到很好的了解。首先，沒有覆蓋這么長時間的觀測時間序列。另一個原因是，在這個時間尺度上，只有少量分辨率足夠高的替代數據記錄。
“迄今為止，氣候模型在描述100至1000年時間尺度的自然氣候變化方面存在很大困難，這也是一個問題。”
冰川高峰期的自然氣候變率增強了四倍
然而，這些模型近年來一直在不斷改進，與Prange合作的科學家現在已經能夠使用一個經過良好測試的氣候模型來更仔細地研究上一次冰川高峰期100至1000年時間范圍內的自然氣候變化。
來自冰和海底巖芯的現有古數據顯示，在23，000年至19，000年期間，自然氣候變化加劇，在全球范圍內比現在的全新世強四倍。這在北大西洋尤為突出。
“事實上，我們現在已經有了可以描述自然氣候變化的氣候模型，這反映了氣候建模的巨大進步，并展示了模型令人印象深刻的能力，”Prange說。
尋找內部作用力的因素
沒有證據表明多世紀氣候變率的外部強迫。在尋找其他原因的過程中，科學家們將注意力轉向了可能的內部機制。“我們使用了著名的社區地球系統模型，簡稱CESM1.2，它也被政府間氣候變化專門委員會用于預測，并為其提供了上一個冰河時代的邊界條件，”Prange說。“我們輸入溫室氣體濃度水平、大陸冰分布范圍和當時的特征軌道參數。”
當冰河期處于頂峰和最顯著的時候，科學家們能夠探測到北大西洋持續數百年的自發振蕩，伴隨著大西洋經向翻轉環流(AMOC)的波動。AMOC變強然后變弱的一個周期持續了大約400年。這包括將低鹽度的水從南部輸送到北大西洋。
一路走來，海水的含鹽量變得更少，因此海水變得更輕，無法有效地沉入北大西洋深處。因此，深水的產生及其向南大西洋的輸送變得較弱。
這個循環過程是自我維持的，因為AMOC的減弱導致低鹽度水從南大西洋再次向北輸送。因此，北大西洋的鹽度可能會再次增加，導致更多深水的產生。
正如Prange解釋的那樣，“這些過程表明，數百年的氣候變化與水柱中鹽度和溫度的差異密切相關。”雖然變化的幅度很小，但對北大西洋海冰的范圍和格陵蘭島的溫度有明顯的影響。“由于AMOC振蕩，那里的年平均氣溫變化了大約4攝氏度，”Prange總結道。
高分辨率古數據
為了支持這些模型的發現，科學家們調查了那個時期的海面溫度。“為了做到這一點，我們匯編并分析了來自北大西洋海洋沉積物的所有高分辨率重建， ”該研究的合著者、MARUM的微體古生物學家Lukas Jonkers博士說。“這里的高分辨率意味著一個系列的數據點平均相隔不超過200年，沒有一個步長超過1000年。”
所研究的古檔案提供了證據，表明在最后一次冰期最大值期間，表層水每150至1000年出現一次溫度振蕩，這與模擬的具有內部強迫機制的數百年氣候變化相一致。
最近的研究結果強調了詳細研究和理解氣候系統反饋過程的重要性。Prange強調需要更深入地了解不同時間尺度下的氣候變化，因為這可能會對未來的氣候變化產生影響，從而給社會帶來意想不到的不良后果。這些發現也納入了位于MARUM的海底——地球未知界面卓越小組的工作中。