《地学前缘（中国地质大学（北京）; 北京大学）》：古气候数值模拟——进展评述（中国科学院：丁仲礼、熊尚发）

第13卷第1期 地学前缘（中国地质大学（北京）：北京大学) Vol.13 No.I 2006年1月 Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing;Peking University) Jan.2006 古气候数值模拟：进展评述 丁仲礼，熊尚发 中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029 DIN G Zhong-li,XION G Shang fa Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences.Beijing 100029.China DING Zhongli,XIONG Shangfa.Numerical modeling in paleoclimate study:Progress and problems.Earth Science Fron- tiers,2006,13(1):021-031 Abstract Numerical modeling is one of the most powerful tools in resolving various issues associated with pa- leoclimate research.In the last decades,a wide spectrum of numerical modeling experiments has provided im- portant insights into the mechanisms of driving climate changes on different timescales.On the orbital times- cale,modeling experiments have demonstrated the first-order importance of variations in latitudinal and seasom al distribution of insolation in forcing glacial-interglacial climate changes and recognized most of the significant feedback processes involved in glacial cycles,such as greenhouse gases,vegetation cover ,oceanographic condi- tions,and polar ice sheets.Modeling results also suggest that freshwater input into the northern North Atlantic could be a potential trigger for the abrupt,millennial-scale climate changes during the last glacial period,by re- vealing the high sensitivity of the thermohaline circulation in it.On the tectonic timescale,numerical experi- ments have been successful in assessing the sensitivity of the global climate system to paleogeographic changes resulting from tectonic-plate movement,plateau uplift,and opening or closure of oceanic gateway and of at- mospheric CO2 concentration changes,likely associated mainly with biogeochemical weathering of silicate rocks.These modeling results are also useful in recognizing some of the threshold values of the climate system in response to the tectonic-scale forcing.The endeavor of the paleoclimatic modeling community is currently fo- cused mainly on developing finer-grid models,increasing the degree of consistency between modeling results, paleoclimate records,and reconstructing boundary conditions that are more reliable.Obviously,further pro- gress of paleoclimatic modeling depends not only on developing more powerful numerical models and comput- ers,but also on deepening the understanding of climate change processes as well. Key words:paleoclimate;GCMs (General Circulation Models);sensitivity experiments;mechanisms on cli- mate change 摘要：数值模拟是古气候研究的一个重要内容。过去30年来，古气候数值模拟研究在相当程度上深化了我 们对古气候变化机制的理解。在轨道尺度上，数值模拟证明了冰后期气候系统变化主要是对地球轨道参数变 化的响应，同时揭示了温室气体、植被、海洋、冰盖等反馈因子的重要性。针对短尺度气候变化，数值模拟揭示 出大洋传送带对北大西洋淡水注入的敏感性。在构造尺度上，数值模拟揭示了气候系统对于高原抬升、海道 开合、大陆漂移导致的古地理变化、大气CO2浓度变化和太阳常数变化等的响应，揭示了气候系统突变对驱动 因子阈值的敏感性。目前，古气候模拟研究中还存在分辨率不高模拟结果与记录不完全吻合模拟的边界条 件不清楚等诸多问题。今后古气候模拟研究的改进有赖于模式的改进和计算机运算速度的提高，也有赖于对 变化机制的更深理解和对边界条件更精确的重建。 收稿日期：2005-10-08：修回日期：2005-12-05 基金项目：中国科学院知识创新工程项目“我国新生代构造尺度环境演变及其机制”(KZC2-SW133):国家自然科学基金重大方向项目 “晚更新世中国西北地区大气粉尘与全球变化”(90202020) 作者简介：丁仲礼(1957一)，男，研究员，博士生导师，中国科学院院士，研究方向：黄士红粘土地层学、新生代地质与环境及全球变化。 C 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

第 13 卷 第 1 期 2006 年 1 月 地学前缘(中国地质大学(北京) ; 北京大学) Eart h Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing ; Peking University) Vol. 13 No. 1 J an. 2006 收稿日期 :2005 10 08 ;修回日期 :2005 12 05 基金项目 :中国科学院知识创新工程项目“我国新生代构造尺度环境演变及其机制”( KZCX22SW2133) ;国家自然科学基金重大方向项目 “晚更新世中国西北地区大气粉尘与全球变化”(90202020) 作者简介 :丁仲礼(1957 — ) ,男 ,研究员 ,博士生导师 ,中国科学院院士 ,研究方向 :黄土2红粘土地层学、新生代地质与环境及全球变化。 古气候数值模拟 :进展评述 丁仲礼 , 熊尚发 中国科学院 地质与地球物理研究所 ,北京 100029 DIN G Zhong2li , XION G Shang2fa I nstitute of Geolog y and Geop hysics , Chinese A cademy of Sciences , Beijing 100029 , China DING Zhong2li , XIONG Shang2fa. Numerical modeling in paleoclimate study : Progress and problems. Ea rt h Science Fron2 tiers ,2006 ,13( 1) :0212031 Abstract : Numerical modeling is one of the most powerful tools in resolving various issues associated with pa2 leoclimate research. In the last decades , a wide spectrum of numerical modeling experiments has provided im2 portant insights into the mechanisms of driving climate changes on different timescales. On the orbital times2 cale , modeling experiments have demonstrated the first2order importance of variations in latitudinal and season2 al distribution of insolation in forcing glacial2interglacial climate changes and recognized most of the significant feedback processes involved in glacial cycles , such as greenhouse gases , vegetation cover ,oceanographic condi2 tions ,and polar ice sheets. Modeling results also suggest that freshwater input into the northern North Atlantic could be a potential trigger for the abrupt , millennial2scale climate changes during the last glacial period , by re2 vealing the high sensitivity of the thermohaline circulation in it. On the tectonic timescale , numerical experi2 ments have been successful in assessing the sensitivity of the global climate system to paleogeographic changes resulting from tectonic2plate movement , plateau uplift , and opening or closure of oceanic gateway and of at2 mospheric CO2 concentration changes , likely associated mainly with biogeochemical weathering of silicate rocks. These modeling results are also useful in recognizing some of the threshold values of the climate system in response to the tectonic2scale forcing. The endeavor of the paleoclimatic modeling community is currently fo2 cused mainly on developing finer2grid models , increasing the degree of consistency between modeling results , paleoclimate records , and reconstructing boundary conditions that are more reliable. Obviously , further pro2 gress of paleoclimatic modeling depends not only on developing more powerful numerical models and comput2 ers , but also on deepening the understanding of climate change processes as well. Key words : paleoclimate ; GCMs ( General Circulation Models) ; sensitivity experiments; mechanisms on cli2 mate change 摘 要 :数值模拟是古气候研究的一个重要内容。过去 30 年来 ,古气候数值模拟研究在相当程度上深化了我 们对古气候变化机制的理解。在轨道尺度上 ,数值模拟证明了冰后期气候系统变化主要是对地球轨道参数变 化的响应 ,同时揭示了温室气体、植被、海洋、冰盖等反馈因子的重要性。针对短尺度气候变化 ,数值模拟揭示 出大洋传送带对北大西洋淡水注入的敏感性。在构造尺度上 ,数值模拟揭示了气候系统对于高原抬升、海道 开合、大陆漂移导致的古地理变化、大气 CO2浓度变化和太阳常数变化等的响应 ,揭示了气候系统突变对驱动 因子阈值的敏感性。目前 ,古气候模拟研究中还存在分辨率不高、模拟结果与记录不完全吻合、模拟的边界条 件不清楚等诸多问题。今后古气候模拟研究的改进有赖于模式的改进和计算机运算速度的提高 ,也有赖于对 变化机制的更深理解和对边界条件更精确的重建

22 工仲礼熊尚发地学前缘(Earth Science Frontiers)200613U) 关键词：古气候；GCMs(General Circulation Models);敏感性试验，气候变化机制 中图分类号：P532文献标识码：A文章编号：1005-2321(2006)01-0021-11 个重要的结合点。有鉴于此，我们不揣浅陋，拟对古 0引言 气候数值模拟研究作一概述，以期同时引起气候数 值模拟研究者和古气候记录重建者的进一步关注。 古气候研究的主要目标是准确理解气候变化机 制，在此基础上加深对过去气候变化历史和原因的1 冰期旋回气候模拟 认识，由此增强对未来气候变化趋势的预测能力。 数值模拟在古气候研究中发挥着重要的作用，因为 古气候研究中应用较多的数值模式包括B0x 它既可以模拟气候变化过程中不同驱动因子的相对Models,Energy Balance Models(EBMs),Statisti- 重要性，又可以输出不同边界条件下各气候要素的ca-dynamical Models(SDMs),Radiative Convec- 空间分布，从而获得对气候变化机制的认识。与此tive Models(RCMs),Earth System Models of In 同时，通过模拟结果与地质记录的对比，既可检验数termediate Complexity(EMICs)和General Circula 值模式的模拟能力，又可发现记录的空白点和不足tion Models(GCMs)等。我们讨论的古气候数值模 之处。当前古气候研究的一个重要趋势就是力求通拟主要指通过GCMs进行的模拟，但依讨论对象的 过记录模拟-机制研究的互动，推进对古气候变化不同，也会涉及其他模式模拟的工作。 过程和机制的认识。 古气候数值模拟中着力最多的是第四纪冰期 最早的古气候数值模拟（这里指General Circu-间冰期气候模拟。最早的古气候模拟工作就是从末 lation Model)可以追溯到上世纪70年代)。当时，次冰盛期(LGM)古气候重建展开的l,),其重点是 离首个大气环流数值实验)已有近20年，古气候学对比冰期与间冰期古环境的差异4，刀。近10年 家对冰期间冰期旋回的机制研究也达到一个高潮，来，随着古气候研究热点的转移，短尺度气候变化和 加上CL IMAP项目成员成功地运用地质证据，对冰突变事件的模拟也成为冰期旋回气候模拟的重要内 期地球环境进行了恢复)，对冰期气候模拟所需的容9,2,2) 边界条件己有较多了解，使得用GCM模拟冰期古1.1LGM到中全新世的全球模拟 气候成为可能6]。此后，通过数值模拟研究古气候 LGM(典型寒冷期)和中全新世（典型温暖期） 变化过程和机制的努力持续不断？劉模拟的时间尺代表了冰期间冰期旋回中两个距今最近、最有代表 度从短尺度的快速气候变化、轨道时间尺度气候变性的时段，古气候记录非常丰富，测年相对可靠，研 化延伸到构造尺度气候变化山，模拟的地质时期究最为详尽，因此冰期间冰期古气候重建主要围绕 从全新世、更新世、上新世、新生代早期、白垩纪跨越LGM和全新世中期两个时段展开。数值模拟工作 到泛大陆时期2]：模拟的气候驱动因子囊括了从针对的主要问题是在冰盛期和全新世中期边界条件 轨道参数变化、大气CO2浓度变化、全球冰量变化、下，能否模拟出可与记录相匹配的古气候情景，同时 温盐环流变化到大洋通道开闭、高原抬升、板块运动检验什么边界条件、驱动因子和关键过程控制了从 等14,1725) LGM向中全新世转变。围绕这一主题，国际古气 30多年来，国际上古气候数值模拟研究己取得候学界实施了一系列重要研究计划，包括CL IMAP 大量的成果，并正在对古气候、古环境研究产生越来(Climate:Long range Investigation,Mapping, 越大的影响。但相比之下，我国科学家在古气候记and Prediction)、COHMAP(Cooperative Holocene 录研究和古气候模拟研究的结合方面，工作做得不Mapping Project)、PMIP(Paleoclimate Modeling 是太多。可以想见，随着地球系统科学的展开，地球Intercomparison Project)等，力求通过模拟来理解 深部过程对地表环境演化的影响或控制将成为广泛冰期环境形成过程，探讨冰期旋回驱动机制，同时通 关注的前沿科学问题。要对此问题有深入的理解，过敏感性试验了解不同驱动因子在冰期旋回中的不 在很大程度上取决于地质学研究同地球表层系统数同作用。 值模拟研究的紧密结合，而古气候研究是这方面一 CL IMAP是上世纪70年代开展的一个冰期地 C 1994-2009 China Academic Journal Eleetronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

22 丁仲礼 ,熊尚发/ 地学前缘 ( Earth Science Frontiers) 2006 , 13 (1) 关键词 :古气候 ; GCMs ( General Circulation Models) ;敏感性试验 ;气候变化机制 中图分类号 :P532 文献标识码 :A 文章编号 :1005 2321 (2006) 01 0021 11 0 引言 古气候研究的主要目标是准确理解气候变化机 制 ,在此基础上加深对过去气候变化历史和原因的 认识 ,由此增强对未来气候变化趋势的预测能力。 数值模拟在古气候研究中发挥着重要的作用 ,因为 它既可以模拟气候变化过程中不同驱动因子的相对 重要性 ,又可以输出不同边界条件下各气候要素的 空间分布 ,从而获得对气候变化机制的认识。与此 同时 ,通过模拟结果与地质记录的对比 ,既可检验数 值模式的模拟能力 ,又可发现记录的空白点和不足 之处。当前古气候研究的一个重要趋势就是力求通 过记录2模拟2机制研究的互动 ,推进对古气候变化 过程和机制的认识。 最早的古气候数值模拟(这里指 General Circu2 lation Model) 可以追溯到上世纪 70 年代[1 ] 。当时 , 离首个大气环流数值实验[2 ]已有近 20 年 ,古气候学 家对冰期2间冰期旋回的机制研究也达到一个高潮 , 加上 CL IMA P 项目成员成功地运用地质证据 ,对冰 期地球环境进行了恢复[3 ] ,对冰期气候模拟所需的 边界条件已有较多了解 ,使得用 GCM 模拟冰期古 气候成为可能[426 ] 。此后 ,通过数值模拟研究古气候 变化过程和机制的努力持续不断[728 ] ,模拟的时间尺 度从短尺度的快速气候变化、轨道时间尺度气候变 化延伸到构造尺度气候变化[9211 ] ;模拟的地质时期 从全新世、更新世、上新世、新生代早期、白垩纪跨越 到泛大陆时期[12219 ] ;模拟的气候驱动因子囊括了从 轨道参数变化、大气 CO2 浓度变化、全球冰量变化、 温盐环流变化到大洋通道开闭、高原抬升、板块运动 等[13214 , 17225 ] 。 30 多年来 ,国际上古气候数值模拟研究已取得 大量的成果 ,并正在对古气候、古环境研究产生越来 越大的影响。但相比之下 ,我国科学家在古气候记 录研究和古气候模拟研究的结合方面 ,工作做得不 是太多。可以想见 ,随着地球系统科学的展开 ,地球 深部过程对地表环境演化的影响或控制将成为广泛 关注的前沿科学问题。要对此问题有深入的理解 , 在很大程度上取决于地质学研究同地球表层系统数 值模拟研究的紧密结合 ,而古气候研究是这方面一 个重要的结合点。有鉴于此 ,我们不揣浅陋 ,拟对古 气候数值模拟研究作一概述 ,以期同时引起气候数 值模拟研究者和古气候记录重建者的进一步关注。 1 冰期旋回气候模拟 古气候研究中应用较多的数值模式包括 Box Models , Energy Balance Models ( EBMs) , Statisti2 cal2dynamical Models ( SDMs) , Radiative Convec2 tive Models ( RCMs) , Eart h System Models of In2 termediate Complexity ( EMICs) 和 General Circula2 tion Models( GCMs) 等。我们讨论的古气候数值模 拟主要指通过 GCMs 进行的模拟 ,但依讨论对象的 不同 ,也会涉及其他模式模拟的工作。 古气候数值模拟中着力最多的是第四纪冰期2 间冰期气候模拟。最早的古气候模拟工作就是从末 次冰盛期(L GM) 古气候重建展开的[1 , 426 ] ,其重点是 对比冰期与间冰期古环境的差异[324 , 7 ] 。近 10 年 来 ,随着古气候研究热点的转移 ,短尺度气候变化和 突变事件的模拟也成为冰期旋回气候模拟的重要内 容[9 , 22 , 26 ] 。 111 L GM 到中全新世的全球模拟 L GM (典型寒冷期) 和中全新世 (典型温暖期) 代表了冰期2间冰期旋回中两个距今最近、最有代表 性的时段 ,古气候记录非常丰富 ,测年相对可靠 ,研 究最为详尽 ,因此冰期2间冰期古气候重建主要围绕 L GM 和全新世中期两个时段展开。数值模拟工作 针对的主要问题是在冰盛期和全新世中期边界条件 下 ,能否模拟出可与记录相匹配的古气候情景 ,同时 检验什么边界条件、驱动因子和关键过程控制了从 L GM 向中全新世转变。围绕这一主题 ,国际古气 候学界实施了一系列重要研究计划 ,包括 CL IMAP ( Climate : Long2range Investigation , Mapping , and Prediction) 、CO HMA P (Cooperative Holocene Mapping Project ) 、PMIP ( Paleoclimate Modeling Intercomparison Project) 等 ,力求通过模拟来理解 冰期环境形成过程 ,探讨冰期旋回驱动机制 ,同时通 过敏感性试验了解不同驱动因子在冰期旋回中的不 同作用。 CL IMAP 是上世纪 70 年代开展的一个冰期地

T仲礼熊尚发地学前缘(Earth Science Frontiers)2006,13) 23 球环境重建计划，由海洋地质学家J.mbrie、J.几近于零。同时，与记录相比，模拟结果明显“低估” Hays和地球化学家N.Shackleton领导。这一研了气候变化的幅度。从不同模型结果对比看，模拟 究计划集聚了当时最著名的一批古气候学家，对结果的“低估”现象普遍存在，可能表明一些重要反 LGM的地球环境进行了恢复，其中有关冰盖范围馈过程在模式中被忽略了，如海洋反馈和植被反馈 的恢复对当时的认识冲击最大。根据CLIMAP的的作用就可能需要在模拟中得到更充分的体现2】。 工作]，LGM时期地球冰盖面积达35000000 通过模拟研究，古气候学家日益认识到，某些子 km2,大大高于现代冰盖的面积(14200000km2),系统的反馈作用，尤其是海洋、冰冻圈和生物圈的反 北美大陆冰盖最南界甚至可达37N。而CL IMA P馈作用，能够显著放大气候系统对外力驱动（指太阳 有关赤道海温的恢复结果则在随后几十年里引发了辐射)的响应。Kutzbach等人的工作2,91就充分 持续的争论。运用冰期古环境的重建资料，CL上说明了这一点。他们的模拟结果显示，中全新世热 MAP进行了数值模拟试验，对LGM边界条件下带大西洋增温能够进一步增强非洲季风，而季风降 (太阳辐射、海温、冰盖、地表反射率等)的夏季气候水增加导致的植被变化也会通过降低地表反射率、 进行了模拟，模拟结果显示LGM时期全球夏季气增加水汽再循环对季风气候起正反馈作用。高纬极 候比现在更干、更冷，同时北半球冰盖附近西风带明地植被对气候的正反馈也相当明显30]。土 显南移4。 壤233]、湿地与湖泊状况34的变化也会对气候起相 受CL IMA P研究结果的鼓舞，20世纪80年代应的反馈作用。模式考虑了这些反馈作用后，得到 由J.E Kutzbach、T.Webb III和H.E Wright,的模拟结果显然更逼近地质记录所指示的古气候图 Jr领导的COHMAP研究计划主要针对陆地记录景。 进行了古气候恢复和模拟工作。COHMAP对 最近有关冰期边界条件，如对于冰盖厚度、冰 LGM以来古气候以3O00a的间隔进行了资料整编 期海温等方面的新认识336]已经受到模拟研究者的 和数值模拟。这一研究中有关模拟的主要贡献在于 重视，如何将这些认识融入新的模拟实践中是目 揭示了轨道因素在热带季风气候变化中的关键作用前需要重点考虑的问题。 以及西风急流(jet stream)在LGM时期受北美冰盖1.2突变事件和快速变化的模拟 影响而出现分叉，在北美大陆上形成南北两个分支。 上世纪80年代末90年代初，对突变事件（尤 模拟结果同时显示，早中全新世地球轨道变化导其是Younger Dyras事件和Heinrich事件)和快速 致北半球气候季节性加大，季风增强？，)，这与热带变化记录和机制的探索，成为古气候学界继冰期旋 地区9~6kaBP普遍出现的高湖面相吻合1o1。 回机制之后掀起的又一个研究高潮，模拟研究者也 上世纪90年代在PA GES计划中开展的PMIP很快加入其中。虽然模式复杂程度各不相同，但大 “古气候模式对比计划”，由法国女科学家S.Jous部分模拟工作主要集中在冰盖消融北大西洋淡水 saume领导，著名的古气候学家J.E Kutzbach、注入-温盐环流变化-区域和全球气候变化这一关联 A.J.Broccoli J.Guiot等都参与其中。这一研究上9,4)，其实质就是考察温盐环流、区域和全球气 计划的目的是，通过对比不同气候模式的模拟结果，候对北大西洋淡水注入量变化的敏感性，显然隐含 以及模拟结果与地质记录的差异，来评估模式的敏了北大西洋变化触发了快速变化这一机制。 感性和精确度。PMIP运用相同的边界条件，通过 Manabe等人的工作可作这一类研究的代表。 18个模式模拟LGM和中全新世(6000aBP)的气Manabe和Stouffer40运用海气耦合模式（加上一 候情境，然后进行模拟结果之间以及模拟记录之间个简单的陆面模式)模拟了淡水注入北大西洋引发 的对比8]。总的来看，各模式都能模拟出LGM以的气候突变。模拟结果显示，在10年时间里向北大 来气候变化的主要内容，包括早中全新世受轨道因西洋50~70N水域内持续均匀注入1Sv(10m/s)的 素驱动的季风增强和LGM时期经向温度梯度增加淡水，将导致丹麦海峡海表盐度(SSS)突然降低，伴 的现象。但是，不同模式的结果之间有明显的差异，随海温(SST)非常快速地降低，幅度可达8℃。随 比如中全新世亚洲大陆夏季升温幅度低者为后出现S$T的剧烈振荡。淡水注入后的几个世纪 0.5℃，而高者可达2℃，北半球季风降水增幅高者里，寒冷气候从40N延伸到格陵兰、斯堪的纳维亚 可达2.5mm/d(印度)至1.5mm/d(非洲)，而低者和欧洲西部，与Younger Dyras(YD)事件情形相 C 1994-2009 China Academic Journal Eleetronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

丁仲礼 ,熊尚发/ 地学前缘 ( Earth Science Frontiers) 2006 , 13 (1) 23 球环境重建计划 ,由海洋地质学家 J1 Imbrie、J1 Hays 和地球化学家 N1 Shackleton 领导。这一研 究计划集聚了当时最著名的一批古气候学家 ,对 L GM 的地球环境进行了恢复 ,其中有关冰盖范围 的恢复对当时的认识冲击最大。根据 CL IMAP 的 工作[ 3 ] ,L GM 时期地球冰盖面积达 35 000 000 km 2 ,大大高于现代冰盖的面积 (14 200 000 km 2 ) , 北美大陆冰盖最南界甚至可达 37°N 。而 CL IMAP 有关赤道海温的恢复结果则在随后几十年里引发了 持续的争论。运用冰期古环境的重建资料 , CL I2 MAP 进行了数值模拟试验 ,对 L GM 边界条件下 (太阳辐射、海温、冰盖、地表反射率等) 的夏季气候 进行了模拟 ,模拟结果显示 L GM 时期全球夏季气 候比现在更干、更冷 ,同时北半球冰盖附近西风带明 显南移[4 ] 。 受 CL IMA P 研究结果的鼓舞 ,20 世纪 80 年代 由 J1 E1 Kutzbach、T1 Webb III 和 H1 E1 Wright , Jr 领导的 CO HMA P 研究计划主要针对陆地记录 进行了古气 候恢复和 模拟工作。CO HMA P 对 L GM 以来古气候以 3 000 a 的间隔进行了资料整编 和数值模拟。这一研究中有关模拟的主要贡献在于 揭示了轨道因素在热带季风气候变化中的关键作用 以及西风急流(jet stream) 在 L GM 时期受北美冰盖 影响而出现分叉 ,在北美大陆上形成南北两个分支。 模拟结果同时显示 ,早 —中全新世地球轨道变化导 致北半球气候季节性加大 ,季风增强[7 , 27 ] ,这与热带 地区 9～6 ka BP 普遍出现的高湖面相吻合[10 ] 。 上世纪 90 年代在 PA GES 计划中开展的 PMIP “古气候模式对比计划”,由法国女科学家 S1 Jous2 saume 领导 ,著名的古气候学家 J1 E1 Kutzbach、 A1J1 Broccoli、J1 Guiot 等都参与其中。这一研究 计划的目的是 ,通过对比不同气候模式的模拟结果 , 以及模拟结果与地质记录的差异 ,来评估模式的敏 感性和精确度。PMIP 运用相同的边界条件 ,通过 18 个模式模拟 L GM 和中全新世(6 000 a BP) 的气 候情境 ,然后进行模拟结果之间以及模拟2记录之间 的对比[8 ] 。总的来看 ,各模式都能模拟出 L GM 以 来气候变化的主要内容 ,包括早中全新世受轨道因 素驱动的季风增强和 L GM 时期经向温度梯度增加 的现象。但是 ,不同模式的结果之间有明显的差异 , 比如中 全新世 亚洲大陆 夏季升温 幅度低者 为 015 ℃,而高者可达 2 ℃,北半球季风降水增幅高者 可达 215 mm/ d (印度) 至 115 mm/ d (非洲) ,而低者 几近于零。同时 ,与记录相比 ,模拟结果明显“低估” 了气候变化的幅度。从不同模型结果对比看 ,模拟 结果的“低估”现象普遍存在 ,可能表明一些重要反 馈过程在模式中被忽略了 ,如海洋反馈和植被反馈 的作用就可能需要在模拟中得到更充分的体现[28 ] 。 通过模拟研究 ,古气候学家日益认识到 ,某些子 系统的反馈作用 ,尤其是海洋、冰冻圈和生物圈的反 馈作用 ,能够显著放大气候系统对外力驱动(指太阳 辐射) 的响应。Kutzbach 等人的工作[ 12 , 29 ] 就充分 说明了这一点。他们的模拟结果显示 ,中全新世热 带大西洋增温能够进一步增强非洲季风 ,而季风降 水增加导致的植被变化也会通过降低地表反射率、 增加水汽再循环对季风气候起正反馈作用。高纬极 地植 被 对 气 候 的 正 反 馈 也 相 当 明 显[30231 ] 。土 壤[32233 ] 、湿地与湖泊状况[ 34 ]的变化也会对气候起相 应的反馈作用。模式考虑了这些反馈作用后 ,得到 的模拟结果显然更逼近地质记录所指示的古气候图 景。 最近有关冰期边界条件 , 如对于冰盖厚度、冰 期海温等方面的新认识[35236 ]已经受到模拟研究者的 重视 ,如何将这些认识融入新的模拟实践中[ 37 ] 是目 前需要重点考虑的问题。 112 突变事件和快速变化的模拟 上世纪 80 年代末 —90 年代初 ,对突变事件 (尤 其是 Younger Dyras 事件和 Heinrich 事件) 和快速 变化记录和机制的探索 ,成为古气候学界继冰期旋 回机制之后掀起的又一个研究高潮 ,模拟研究者也 很快加入其中。虽然模式复杂程度各不相同 ,但大 部分模拟工作主要集中在冰盖消融2北大西洋淡水 注入2温盐环流变化2区域和全球气候变化这一关联 上[9 , 38241 ] ,其实质就是考察温盐环流、区域和全球气 候对北大西洋淡水注入量变化的敏感性 ,显然隐含 了北大西洋变化触发了快速变化这一机制。 Manabe 等人的工作可作这一类研究的代表。 Manabe 和 Stouffer [40 ] 运用海气耦合模式 (加上一 个简单的陆面模式) 模拟了淡水注入北大西洋引发 的气候突变。模拟结果显示 ,在 10 年时间里向北大 西洋 50～70°N 水域内持续均匀注入 1 Sv(10 6 m 3 / s)的 淡水 ,将导致丹麦海峡海表盐度 (SSS) 突然降低 ,伴 随海温(SST) 非常快速地降低 ,幅度可达 8 ℃。随 后出现 SST 的剧烈振荡。淡水注入后的几个世纪 里 ,寒冷气候从 40°N 延伸到格陵兰、斯堪的纳维亚 和欧洲西部 ,与 Younger Dyras ( YD) 事件情形相

24 工仲礼熊尚发地学前缘(Earth Science Frontiers)200613U) 似。这一海温突降可归因于温盐环流(thermoha°全球降水同位素空间分布，模拟的同位素组成与现 line circulation一THc)的快速减弱。在降低淡水注代观测资料和古气候记录相当吻合，但模拟的LGM 入速率、延长注入时间至几百年的试验中，得到的时期同位素空间变率比记录要大。从模拟结果看， THC减弱、气候变冷的持续时间则可与YD事件相GCMs是模拟古降水同位素分布、变化的理想工具。 当。 冰盖动态模拟需要综合固体地球（地壳均衡）、 除了Manabe等人的工作，其他模拟结果也多冰川和大气模式，近10年来的模拟35,9s日益精 显示THC对淡水注入非常敏感9,9，。但是，细化，有关模拟己经逐渐改变了人们对末次冰期冰 多数模拟中都是以理想状态的淡水注入为变量，而盖厚度的一些看法3]，为更新古气候学界对冰期旋 忽略淡水注入的时空意义。Fanning和Weaver)回全球冰量、海平面变化的认识发挥了积极作 则考察了THC对淡水注入时空变化的敏感性。他用2]。 们的研究显示，YD事件之前（前500年）的淡水注1.4区域模拟 入密西西比河对NADW(North Atlantic Deep Wa- 近年来，区域尺度的古气候模拟也开始受到研 ter)不稳定性形成关系重大，而其后通过圣劳伦斯究者的关注，比如Ruter等s4对美洲热带、亚热带 河的淡水分支则起到最终抑止NADW的作用。地区中全新世气候的模拟，Barron和Pollard!s5]对 Manabe和Stouffer!26]的研究也显示，如果淡水注欧洲氧同位素3阶段(OIS3)、Renssen等441对欧洲 入在北大西洋高纬之外地区，那么它对THC减弱YD时期气候的模拟等等。由于模拟的区域相对较 的作用就要小得多。一些模拟结果还表明，THC的小，区域模式的格点间距可到几十km,大大高于全 稳定性还取决于海洋的初始状态]，即使是初始状球模式的空间分辨率，因而可以对复杂地形、海岸线 态的小量变化也能导致海气系统响应很大的不等作更符合实际的描述。已有模拟结果5]说明，高 同，这意味着同样的淡水输入情况下（不同的初分辨率的区域模式在模拟气候变化区域响应、评估 始状态)，THC的响应行为也会有很大的不同。 各种驱动因子的作用等方面具有良好的效果和前 虽然不少模式能够模拟出千年尺度的变化，但景。 至今没有任何模拟得到与格陵兰冰芯或高分辨率海 洋沉积记录完全相同的千年尺度气候变化图景51,2 更新世之前的气候模拟 部分原因可能是因为典型的千年尺度气候变化，如 D-O(Dansgaard-Oeschger)事件和Heinrich事件 由于全面恢复更新世之前的各边界条件存在诸 再现的时间比海气系统特征时间尺度要长，表明冰多困难，甚或是不大可能，因此更新世之前的气候模 冻圈的变化在其中起了关键作用，这是模拟要注意拟与第四纪冰期旋回气候模拟最大的不同在于，其 的问题。同时，如何从“结构”上和“序列”上模拟突重心不是古气候重建，而是敏感性试验。研究内容 变气候事件和快速变化的完整过程也是今后需要解 包括模拟全球气候对一些独特地区地形和高度变化 决的。 的响应、洋流通道改变对海洋环流和全球气候的影 1.3过程模拟 响、大陆漂移形成的极端海陆分布对全球气候的影 运用GCMs模拟一些重要的地质过程也是古响以及一些极端气候时期（如所谓“温室时期”和“冰 气候模拟研究的重要内容。粉尘传输6]、水循室时期)全球气候对驱动因子的响应敏感性等等。 环4)、冰盖动态35,495川等方面的模拟是这一类研这些模拟在构建、检验古气候学界对更新世之前气 究的代表。Joussaumel461运用AGCM(大气环流模候变化机制认识方面发挥了独特、甚至是关键的作 式)结合一个粉尘传输模式，模拟了当代和LGM时用。 期的粉尘分布状况。模拟结果显示，LGM时期全2.1新生代气候模拟 球大气粉尘源区变化比较显著，与深海沉积记录较2.1.1青藏高原抬升效应模拟 吻合。但是，模拟结果没有观察到与冰芯记录相吻 青藏高原抬升是新生代地球上发生的重大构造 合的粉尘含量大增现象，这可能表明模式在模拟环事件。虽然目前学术界对青藏高原抬升历史和模式 流形式、粉尘输送等方面还存在缺陷。Jous还没有形成共识56]，但是高原抬升无疑已对区域及 saumel1还通过AGCM模拟了当代和LGM时期全球气候、环境产生了重大影响。通过地质记录对 C 1994-2009 China Academic Journal Eleetronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

24 丁仲礼 ,熊尚发/ 地学前缘 ( Earth Science Frontiers) 2006 , 13 (1) 似。这一海温突降可归因于温盐环流 (thermoha2 line circulation —T HC) 的快速减弱。在降低淡水注 入速率、延长注入时间至几百年的试验中 ,得到的 T HC 减弱、气候变冷的持续时间则可与 YD 事件相 当。 除了 Manabe 等人的工作 ,其他模拟结果也多 显示 T HC 对淡水注入非常敏感[ 9 , 38239 , 41242 ] 。但是 , 多数模拟中都是以理想状态的淡水注入为变量 ,而 忽略淡水注入的时空意义。Fanning 和 Weaver [ 41 ] 则考察了 T HC 对淡水注入时空变化的敏感性。他 们的研究显示 , YD 事件之前 (前 500 年) 的淡水注 入密西西比河对 NADW(Nort h Atlantic Deep Wa2 ter) 不稳定性形成关系重大 ,而其后通过圣劳伦斯 河的淡水分支则起到最终抑止 NADW 的作用。 Manabe 和 Stouffer [26 ] 的研究也显示 ,如果淡水注 入在北大西洋高纬之外地区 ,那么它对 THC 减弱 的作用就要小得多。一些模拟结果还表明 , T HC 的 稳定性还取决于海洋的初始状态[43 ] ,即使是初始状 态的小量变化也能导致海气系统响应很大的不 同[44 ] ,这意味着同样的淡水输入情况下 (不同的初 始状态) , THC 的响应行为也会有很大的不同。 虽然不少模式能够模拟出千年尺度的变化 ,但 至今没有任何模拟得到与格陵兰冰芯或高分辨率海 洋沉积记录完全相同的千年尺度气候变化图景[45 ] , 部分原因可能是因为典型的千年尺度气候变化 ,如 D2O (Dansgaard2Oeschger) 事件和 Heinrich 事件 , 再现的时间比海气系统特征时间尺度要长 ,表明冰 冻圈的变化在其中起了关键作用 ,这是模拟要注意 的问题。同时 ,如何从“结构”上和“序列”上模拟突 变气候事件和快速变化的完整过程也是今后需要解 决的。 113 过程模拟 运用 GCMs 模拟一些重要的地质过程也是古 气候模拟研究的重要内容。粉尘传输[46 ] 、水循 环[47248 ] 、冰盖动态[ 35 , 49251 ] 等方面的模拟是这一类研 究的代表。Joussaume [46 ] 运用 A GCM (大气环流模 式) 结合一个粉尘传输模式 ,模拟了当代和 L GM 时 期的粉尘分布状况。模拟结果显示 ,L GM 时期全 球大气粉尘源区变化比较显著 ,与深海沉积记录较 吻合。但是 ,模拟结果没有观察到与冰芯记录相吻 合的粉尘含量大增现象 ,这可能表明模式在模拟环 流形 式、粉 尘 输 送 等 方 面 还 存 在 缺 陷。Jous2 saume [ 47 ]还通过 A GCM 模拟了当代和 L GM 时期 全球降水同位素空间分布 ,模拟的同位素组成与现 代观测资料和古气候记录相当吻合 ,但模拟的 L GM 时期同位素空间变率比记录要大。从模拟结果看 , GCMs 是模拟古降水同位素分布、变化的理想工具。 冰盖动态模拟需要综合固体地球 (地壳均衡) 、 冰川和大气模式 ,近 10 年来的模拟[35 , 49251 ] 日益精 细化 ,有关模拟已经逐渐改变了人们对末次冰期冰 盖厚度的一些看法[35 ] ,为更新古气候学界对冰期旋 回全球冰量、海平面变化的认识发挥了积极作 用[52253 ] 。 114 区域模拟 近年来 ,区域尺度的古气候模拟也开始受到研 究者的关注 ,比如 Ruter 等[ 54 ] 对美洲热带、亚热带 地区中全新世气候的模拟 ,Barron 和 Pollard [55 ] 对 欧洲氧同位素 3 阶段(OIS 3) 、Renssen 等[44 ]对欧洲 YD 时期气候的模拟等等。由于模拟的区域相对较 小 ,区域模式的格点间距可到几十 km ,大大高于全 球模式的空间分辨率 ,因而可以对复杂地形、海岸线 等作更符合实际的描述。已有模拟结果[55 ] 说明 ,高 分辨率的区域模式在模拟气候变化区域响应、评估 各种驱动因子的作用等方面具有良好的效果和前 景。 2 更新世之前的气候模拟 由于全面恢复更新世之前的各边界条件存在诸 多困难 ,甚或是不大可能 ,因此更新世之前的气候模 拟与第四纪冰期旋回气候模拟最大的不同在于 ,其 重心不是古气候重建 ,而是敏感性试验。研究内容 包括模拟全球气候对一些独特地区地形和高度变化 的响应、洋流通道改变对海洋环流和全球气候的影 响、大陆漂移形成的极端海陆分布对全球气候的影 响以及一些极端气候时期(如所谓“温室时期”和“冰 室时期”) 全球气候对驱动因子的响应敏感性等等。 这些模拟在构建、检验古气候学界对更新世之前气 候变化机制认识方面发挥了独特、甚至是关键的作 用。 211 新生代气候模拟 21111 青藏高原抬升效应模拟 青藏高原抬升是新生代地球上发生的重大构造 事件。虽然目前学术界对青藏高原抬升历史和模式 还没有形成共识[56 ] ,但是高原抬升无疑已对区域及 全球气候、环境产生了重大影响。通过地质记录对

T仲礼熊尚发地学前缘(Earth Science Frontiers)2006,13) 25 比和模拟研究来理解高原抬升的气候效应，一直是时，对于亚洲季风增强、亚洲内陆干旱化的原因，除 近30年来古气候学家们努力的目标。 了青藏高原抬升，其他过程（比如特提斯海的逐步退 运用GCMs模拟地形变化（如有山、无山试验） 却)的作用也开始通过模拟加以揭示]。 对全球气候影响滥觞于20世纪70年代5！模拟结 应该指出，多数模式的空间分辨率较粗（比如， 果已显示青藏高原等山地高原的存在对行星尺度的早期模拟的格网分辨率为4.4°×7.5)，对高原地形 流场影响显著，同时青藏高原对西伯利亚高压的维的描述非常概括，对模拟结果会产生一定的影响。 持有非常重要的作用。在古气候模拟中加入地形的目前的模拟基本上假定高原是作为整体抬升的，但 影响则始于上世纪80年代中期55]，其后由古气候是地质证据表明，高原抬升可能是阶段性、非整体的 学家W.Ruddiman和J.Kutzbach等人合作，系统行为。因此，如何在模拟中体现高原抬升的时空模 模拟了（青藏）高原抬升对区域和全球气候影响，并式是需要探讨的问题。高原抬升引发的地球化学效 与地质记录进行了对比。Ruddiman等so1首先为模应，尤其是通过加强新鲜暴露的硅酸盐岩石风化而 拟试验设计了3套方案，即无山(NM)试验、半山导致的大气CO2降低，从而引发晚新生代全球气候 (HM)试验和全山(M)试验，以观察气候变化对高变冷，是Raymo-Ruddiman抬升气候变化假说的关 原不同高度的响应特征。最早采用的模式是美国国键内容65]，而如何将抬升的动力、热力效应和地球 家大气研究中心(NCAR)的Community Climate化学效应在模式中耦合起来，将会是今后高原抬升 Model(CCM)。结果显示，高原抬升能够引发高原气候变化模拟研究面临的重要课题。 内部、周边甚至远离高原地区气候的显著变化山，21.2海道开合效应模拟 模拟也证实了高原抬升能够大大增强亚洲冬夏季风 海洋通道(Oceanic Gateway)的开合被认为对 的强度，导致高原东南部高降水和高原西北缘干旱于新生代构造尺度气候变化起了相当大的作用，但 的气候]。模拟结果还显示，要形成当今强度的季是从模拟角度证明这一点也非常不易。对新生代全 风，除了要求高夏季太阳辐射外，青藏高原至少要达球气候变化意义最大的海道开合变化是始新世/渐 现今高度的一半I61]。同时期，Manabe和Brocco- 新世时期发生的Drake海峡开启[s66]和上新世巴拿 1i62]也模拟了山地、高原对北半球中纬内陆干旱化马地峡的关闭6$9)。模拟工作也集中在探讨这两个 的影响，他们的模拟结果表明北半球中纬山地、高原事件的气候效应上。 的分布格局破坏了带状分布的大气环流和降水模 从海洋环流模式(OGCM)模拟Drake海峡开 式，形成气流下沉区域，导致包括中亚在内的地区气启效应得到不尽相同的结论。Coxo和England四 候干旱化。 的研究认为，Drake海峡的开启可以导致包括 稍近的模拟开始注意研究抬升模式对气候变化NADW在内的主要大洋水体发生位置和性质的重 的影响。Prell和Kutzbach1研究了季风响应轨道大变化。Toggweiler和Samuels2)的模拟表明， 参数变化驱动的敏感性与青藏高原高度和抬升模式Drake海峡附近纬度带风压可能直接影响大西洋传 的关联。结果显示，抬升模式对季风响应（轨道驱送带的循环速率和NADW的形成速率，因而，开启 动)敏感性影响显著。过去I5Ma间，在高原稳定海峡可能为全球热量传送带的形成发展“提供舞 抬升模式下(gradual uplift experiment),季风强度台”。Bjornsson和Toggweiler1的模拟结果则显 和变率指标变化非常小，在大幅抬升模式下(Mol-示，Drake海峡的开启足以引发类似传送带、跨半球 nar uplift simulation),季风强度和变率指标在lI~范围的大洋环流，因而海峡开启不单单是“提供舞 8M期间突增，表明季风响应（轨道驱动）敏感性显台”，而且是传送带形成的不可或缺的条件。从另一 著增强，第四纪抬升模式下(recent uplift simula-个角度，DeConto和Pollard74通过一个耦合了50 tion),季风强度和变率指标在2~3Ma期间出现突m平板海洋(slab ocean)模式和冰盖动力学模式的 变。由此可见，不仅仅是高原抬升高度，高原抬升过大气环流模式，模拟了东南极冰盖生成的机制。他 程和模式也对气候变化具有重要影响。 们的结果显示，大气CO2降低是冰盖形成发展的第 模拟结果也表明，高原抬升的热力与动力效应一位原因，而Drake海峡开启在此过程中只发挥了 并不能完全解释晚新生代的气候变化，其他机制，比次要作用。Drake海峡开启、环南极流(ACC)形成 如大气C02降低等，也需要在模式中体现25,6]。同虽然能够使高纬变冷，但是模拟显示，由此引起的海 C 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

丁仲礼 ,熊尚发/ 地学前缘 ( Earth Science Frontiers) 2006 , 13 (1) 25 比和模拟研究来理解高原抬升的气候效应 ,一直是 近 30 年来古气候学家们努力的目标。 运用 GCMs 模拟地形变化 (如有山、无山试验) 对全球气候影响滥觞于 20 世纪 70 年代[57 ] ,模拟结 果已显示青藏高原等山地高原的存在对行星尺度的 流场影响显著 ,同时青藏高原对西伯利亚高压的维 持有非常重要的作用。在古气候模拟中加入地形的 影响则始于上世纪 80 年代中期[58259 ] ,其后由古气候 学家 W1 Ruddiman 和 J1 Kutzbach 等人合作 ,系统 模拟了(青藏) 高原抬升对区域和全球气候影响 ,并 与地质记录进行了对比。Ruddiman 等[ 60 ]首先为模 拟试验设计了 3 套方案 ,即无山 (NM) 试验、半山 ( HM) 试验和全山 (M) 试验 ,以观察气候变化对高 原不同高度的响应特征。最早采用的模式是美国国 家大气研究中心 ( NCAR) 的 Community Climate Model (CCM) 。结果显示 ,高原抬升能够引发高原 内部、周边甚至远离高原地区气候的显著变化[11 ] , 模拟也证实了高原抬升能够大大增强亚洲冬夏季风 的强度 ,导致高原东南部高降水和高原西北缘干旱 的气候[25 ] 。模拟结果还显示 ,要形成当今强度的季 风 ,除了要求高夏季太阳辐射外 ,青藏高原至少要达 现今高度的一半[61 ] 。同时期 , Manabe 和 Brocco2 li [62 ]也模拟了山地、高原对北半球中纬内陆干旱化 的影响 ,他们的模拟结果表明北半球中纬山地、高原 的分布格局破坏了带状分布的大气环流和降水模 式 ,形成气流下沉区域 ,导致包括中亚在内的地区气 候干旱化。 稍近的模拟开始注意研究抬升模式对气候变化 的影响。Prell 和 Kutzbach [63 ]研究了季风响应轨道 参数变化驱动的敏感性与青藏高原高度和抬升模式 的关联。结果显示 ,抬升模式对季风响应 (轨道驱 动) 敏感性影响显著。过去 15 Ma 间 ,在高原稳定 抬升模式下 ( gradual uplift experiment) ,季风强度 和变率指标变化非常小 ,在大幅抬升模式下 (Mol2 nar uplift simulation) ,季风强度和变率指标在 11～ 8 Ma 期间突增 ,表明季风响应(轨道驱动) 敏感性显 著增强 ,第四纪抬升模式下 (recent uplift simula2 tion) ,季风强度和变率指标在 2～3 Ma 期间出现突 变。由此可见 ,不仅仅是高原抬升高度 ,高原抬升过 程和模式也对气候变化具有重要影响。 模拟结果也表明 ,高原抬升的热力与动力效应 并不能完全解释晚新生代的气候变化 ,其他机制 ,比 如大气 CO2降低等 ,也需要在模式中体现[25 , 64 ] 。同 时 ,对于亚洲季风增强、亚洲内陆干旱化的原因 ,除 了青藏高原抬升 ,其他过程(比如特提斯海的逐步退 却) 的作用也开始通过模拟加以揭示[13 ] 。 应该指出 ,多数模式的空间分辨率较粗 (比如 , 早期模拟的格网分辨率为 414°×715°) ,对高原地形 的描述非常概括 ,对模拟结果会产生一定的影响。 目前的模拟基本上假定高原是作为整体抬升的 ,但 是地质证据表明 ,高原抬升可能是阶段性、非整体的 行为。因此 ,如何在模拟中体现高原抬升的时空模 式是需要探讨的问题。高原抬升引发的地球化学效 应 ,尤其是通过加强新鲜暴露的硅酸盐岩石风化而 导致的大气 CO2降低 ,从而引发晚新生代全球气候 变冷 ,是 Raymo2Ruddiman 抬升2气候变化假说的关 键内容[65 ] ,而如何将抬升的动力、热力效应和地球 化学效应在模式中耦合起来 ,将会是今后高原抬升2 气候变化模拟研究面临的重要课题。 21112 海道开合效应模拟 海洋通道 (Oceanic Gateway) 的开合被认为对 于新生代构造尺度气候变化起了相当大的作用 ,但 是从模拟角度证明这一点也非常不易。对新生代全 球气候变化意义最大的海道开合变化是始新世/ 渐 新世时期发生的 Drake 海峡开启[ 66267 ]和上新世巴拿 马地峡的关闭[68269 ] 。模拟工作也集中在探讨这两个 事件的气候效应上。 从海洋环流模式 (O GCM) 模拟 Drake 海峡开 启效应得到不尽相同的结论。Cox [70 ]和 England [71 ] 的研究认 为 , Drake 海峡的开 启可 以 导 致 包 括 NADW 在内的主要大洋水体发生位置和性质的重 大变化。Toggweiler 和 Samuels [72 ] 的模拟表明 , Drake 海峡附近纬度带风压可能直接影响大西洋传 送带的循环速率和 NADW 的形成速率 ,因而 ,开启 海峡可能为全球热量传送带的形成发展“提供舞 台”。Bjornsson 和 Toggweiler [73 ] 的模拟结果则显 示 ,Drake 海峡的开启足以引发类似传送带、跨半球 范围的大洋环流 ,因而海峡开启不单单是“提供舞 台”,而且是传送带形成的不可或缺的条件。从另一 个角度 ,DeConto 和 Pollard [74 ] 通过一个耦合了 50 m 平板海洋 (slab ocean) 模式和冰盖动力学模式的 大气环流模式 ,模拟了东南极冰盖生成的机制。他 们的结果显示 ,大气 CO2 降低是冰盖形成发展的第 一位原因 ,而 Drake 海峡开启在此过程中只发挥了 次要作用。Drake 海峡开启、环南极流 (ACC) 形成 虽然能够使高纬变冷 ,但是模拟显示 ,由此引起的海