古海洋学12.PDF

古海洋学 12.740 2004 年 春季 讲义 5 冰期/间冰期“摆动”：为什么？ 时间序列分析 对于过去 700,000 年来的气候变化的大致过程，我们已经有了一定的了解。尽管我们能 够认识到地理学指标的变化非常有意义，但其绝大部分都具有相似的基本模式。籍由此，我 们便可以发问：为什么？ 两种途径： 1. “物理学”：由第一定律得到冰期。祝你好运！（如果你能做出结论，记得打电话通知 我） 2. “相关性（非因果）”：将由第一定律推知的确定的驱动力与古环境记录之间的相似性 （巧合？）寻找出来。根据少量样品得到的一致性只能说是偶然的。如果这些少量数据有价 值，那么深究其中的相关机制也就是有意义的。成功的研究方法需要：（1）生物扰动程度较 低的可信的古环境证据，（2 ）古环境记录需要足够长，以使有足够多的旋回可供分析检验。 I 。研究简史 A. 1840 ：Agassiz 提出大规模大陆冰川假说；学术论战随之兴起，但最终归结为赞同其 观点； B. 1860 ：Croll 提出地球轨道参数的变化对冰川旋回负有一定责任，学界反响强烈，但 意见不一； C. 1920 ：Milankovitch 公开量化计算地球轨道参数变更的详细内容，但仍有人不同意该 理论； D. 1950 ：Emiliani 给出证明周期性冰期旋回的证据，意图重振 Milankovitch 学说，但时 间尺度的确定仍是最大问题； E. 1960 ，1970：Barbados 群岛分析数据（以及据此得到修正时间尺度）使学界重拾对 Milankovitch 学说的兴趣，也正是这时候，Milankovitch 学说才被学界严肃对待，同时距离 被证明仍然遥远； F. 1976 ：Hays ，Imbrie ，Shackleton 的论文，战胜了学界对轨道影响气候学说的绝大部 分反对意见，说明轨道参数变化至少也可以起到冰周期的“带跑者”作用； G. 现在：相对地已经很少有人怀疑地球轨道变化会对气候环境产生影响，因此主要问 题就集中在各个参数对不同气候因子的作用到底有多大？在多大程度上气候可以被准确预 测？这些轨道动力是否存在显著相关的系统内反映（或称共振）？气候的次轨道大尺度可变 性的起源是什么？我们能否利用对古代气候变化的理解，使得对未来气候变化的预测更加准 确。 对最后一个问题的注释：气候模型（后文将有详细讨论）往往会论及很多物理学定律（比 如：运动定律、动力学定律），但是由于气候体系庞大的复杂性、囿于计算机计算速度，对 一些认识较浅和次级尺度的过程，我们不能给出确定性的表述（例如：对流沉积；浮冰形成 和融化；土壤、植被、蒸发作用、沉积和河流刨蚀过程）。所有这些要素都非常重要，因此 不能舍弃。实际上，地质学很多内容的处理是经验化的，因此含有不少为了得到与现代气候 相“协调”而“编造”的因数。由于地质过程不可能在短时间内产生明显效应，因此预测一 两天的天气，这种逼近还可以应用，但是对于气候变更，这种逼近方法引入的不确定因素就 会产生一系列的问题。同时，气候模型对不同参数的灵敏度也可能会被错误估计。检验模型 灵敏度的方法之一，就是检测其在某一已知地质过程的作用下如何表现（例如：较近一次的 火山爆发）。最著名的作用于环境变迁的驱动力就是地球轨道参数差异引起的地表辐射量变 化。 II 。地球轨道参数变化以及对大气层顶接收太阳辐射量的影响。 根源：地球与太阳以及行星之间的万有引力作用。地球运动特征受到太阳引力场影响， 轨道倾斜率/偏心率受到太阳-木星作用于地球的反向的引力制衡的影响。 A 。季节更迭。成因在于地轴相对于黄道面的倾角： 平视图（平行黄道面）： 北半球为夏季 北半球为冬季 斜视图（示意图，偏心率不准确） 北半球为夏季 北半球为冬季 B 。偏心率 e