上个世纪80年代初，科学家在北格林兰开展了冰芯钻探项目（North Greenland Ice Core Project，NGRIP），获得了连续的冰芯（NGRIP冰芯）。通过这个冰芯可以直接测量水分的δ¹⁸O信号。此外，冰芯还封存了过去大气的气泡，因此可以研究过去CO₂的含量变化。由于冰芯连续，分层清晰，是研究末次间冰期以来高精度的北极地区气候演化的绝佳材料。

根据该项研究，科学家发现北极地区的温度在MIS3-4期间发生了很多千年尺度的快速波动，叫做Dansgaard-Oeschager（D-O）旋回。在很短时间内，该区温度上升8-16°C（间冰阶，Interstadial），然后缓慢下降，达到冷的背景值（冰阶，Stadial）形成一种锯齿状特征。后期研究表明这种变化与NADW的波动变化密切相关。也有科学家认为这只是气候复杂系统中固有的震荡特征。

有一些D-O旋回还和Henrich事件（H1-H6）相伴随。Henrich事件叫做冰筏碎屑事件，也就是在北大西洋沉积物中突然增加了很多冰筏碎屑物（Ice-Rafted Debris，IRD）。IRD由冰筏携带，具有典型的粗颗粒特征。洋流无法携带并输送这些物质，因此，IRD被广泛用来指示冰筏的出现。这说明，IRD、AMOC和D-O旋回有着密切的关联。尤其是每次Henrich事件发生时，D-O的变化幅度和持续时间都会加强。

如何才能有效地追踪AMOC的变化？

 ²³¹Pa/²³⁰Th比值是一个非常合适的参数。 在海水中，²³¹Pa和²³⁰Th分别由²³⁵U和²³⁴U衰变而来。²³¹Pa一旦产生，在海水中可存在~100-200年。这个时间和NADW的运输时间相当，因此在沉积到海底沉积物中之前，至少有一半的²³¹Pa被NADW输送到南半球。相比较，²³⁰Th在海水中只能存在~20-40年，所以大部分²³⁰Th留在了北大西洋，很难被运送到南大西洋。如果AMOC减弱，更多的²³¹Pa 会留在北大西洋， ²³¹Pa/²³⁰Th 自然就会升高。反之，则会降低。

实验结果表明，在冷期，比如LGM，²³¹Pa/²³⁰Th大幅度升高，可以达到其自然背景值0.093。这说明，AMOC几乎停止。而在相对暖期，比如YD和BA, ²³¹Pa/²³⁰Th偏低，并在全新世最暖时期达到最小值，这说明暖期的时候，AMOC活跃。

我们先仔细对比H1和²³¹Pa/²³⁰Th大幅升高事件（AMOC几乎停止），二者在时间上几乎是一致的。这说明AMOC的停止与冰筏有关。NADW的形成与盐度密切相关。当北半球冰盖不稳定时，大块的冰盖分裂并融化，会在被大西洋NADW的形成区域形成淡水透镜体，这些密度小的淡水漂浮在海面上，从而组织了NADW的形成，截断了AMOC。由于AMOC不再运作，H1期间的SST会比LGM还会低3-4°。这个降温的现象会在北极地区广泛存在。所以，LGM这种说法会给大家造成一定的混淆，会以为LGM期间，全球各处的温度都是最低的。上面的例子已经清晰地说明，事实并非如此。

在H1年轻的一次冷事件叫做新仙女木事件（YD）。与H1相比，在YD期间，AMOC并没有完全停止，所以北大西洋区的SST比H1期间要高一些。YD的持续时间也相对短一些，因为AMOC更容易被恢复。

在北极冰芯中发现的D-O旋回，在南极也能发现吗？如果有，二者之间有什么相关机制吗？

要先回答这个问题，需要两个先决条件：1）在南极也打一根冰芯钻孔，做类似的研究；2）在年龄标尺上，南北极冰芯的时间精度要足够小，才能进行这种高精度的对比。

第一个条件非常容易达到。但是第二个条件如何才能满足？冰芯具有一个良好的性质，就是在其上半部分，年纹层非常清晰。但是，随着深度增加，这些年纹层的分辨率就逐渐降低，误差也就越来越大。于是，科学家同时利用另外一种策略，用冰芯气泡中的甲烷（CH₄）含量进行对比。甲烷主要来自于高纬湿地，释放到大气中以后，会被充分混合，因而南北极的甲烷变化特征具有等时性。

通过甲烷进行时间调节后，科学家发现在北极发生D-O旋回事件时，南极温度确实也有反应，只不过变化趋势刚好相反，而且幅度低，变化也更平和。这种现象符合南北半球的短时间尺度内的跷跷板效应。因为AMOC把热量从南大西洋运输到北大西洋。当AMOC减缓时，北极降温，而南半球的热量增加，南极反而会增温。

这种南北半球的跷跷板效应，比如南半球冷，北半球暖的时候，增加了南北半球的温度差，使得越赤道气流增强，进一步会使得季风效应增强，反之亦然。进一步的研究表明，中国南方石笋记录的δ¹⁸O记录确实不能简单地和NGRIP δ¹⁸O数据进行直接对比，而是需要同时考量南北极（作为两个端元状态）温度的变化差。

这种半球温度不对称现象，也会引起ITCZ的引动。比如，北半球变冷，南半球变暖，ITCZ就会向南移动，造成当地的水文变化。ITCZ南移，北半球中低纬度地区降雨变少，而南半球中低纬降雨会降低。石笋记录可以清晰地解释出这一规律。对比南京地区的石笋记录和巴西的石笋δ¹⁸O记录，会发现完全反相关现象。ITCZ是大气Hadley cell的下降沿，ITCZ南移，会加强北半球的Hadley cell，同时减弱南半球的Hadley cell，同时使得南半球西风带向南移动。在此，我们会看到不但南北半球的海洋联动，大气也联动起来。二者共同决定这局部地区的气候变化。

D-O冷期，南半球西风带向南移动并加强，使得海洋混合加强，CO₂被大量释放，南极区温度升高，海冰后退，更多的区域可以释放CO₂。在D-O旋回的冷期，北半球高纬度降温~12°C，南极升温1°C。形成了一个温度梯度带。在赤道南部的某些区域，肯定温度不升也不降。在北太平洋区域，我们最为关心的一个成分就是NPIW。证据表明，在D-O冷期，NPIW生成量增加，比LGM时期还要多。这个链条告诉我们，AMOC和NPIW有关联，AMOC减弱，NPIW增强。NPIW增强，中层水和浅层水交换肯定加强，中层水富含CO_2，从而也会增加空气中的CO₂。NPIW增强，ITCZ南移，西北太平洋地区的降水减少，盐度增加。

经过南北极冰芯对比，我们也开始产生一些关于D-O事件发生机制的思考。显而易见，在北极每次Henrich事件事件发生后，必然会出现D-O事件，但是，没反过来不成立，并不是每次D-O事件都对应Henrich事件。所以，我们不得不排除冰筏事件是引起每次D-O事件的原因。

南北极的气候相关性，让我们把目光锁定到南极机制。比如，南极的海冰变化会引起AMOC的变化，进而引起北极的温度变化以及相应的冰筏事件。这样想来，也很有道理。

从时间上来看，D-O旋回并不只发生在上一次冰期，在800ka的时间里，在某些中等程度冰期也会发生，这对应着北美大陆也只具有中等体积大小的冰盖。在完全状态下的冰期和间冰期，D-O事件则不明显。

随着研究的增加，我们看到全球系统中几乎每一个成分（包括大气、海洋、陆地、生物圈等）都被调动起来，目前没有一种机制和模型能够解释全部的现象，也就无法给出统一的物理机制。就单从某一种成分来说，对整个系统都有重要影响，比如，白令海峡。在MIS3，半寒冷的气候，海平面下降几十米，这对于白令海峡来说非常关键，因为此时，海平面的升降就成了一道阀门，如果白令海峡完全关闭，一方面太平洋的低盐度海水无法全面注入楚科奇海，AMOC会增强。

于是，科学家要开始思考，如果真的没有统一的气候变化机制，那么D-O旋回是不是就是大气-海洋-海冰系统的内部固有的震荡行为？而且这种震荡行为在半寒冷的冰期最不稳定，气候系统中一点变化就可能导致AMOC的停止，比如增加一点淡水，空气中的CO2一些波动等。

其他一些研究还发现，D-O旋回好像有1-2kyr的周期性。具体来说，GISP2冰芯记录的δ¹⁸O就具有很强的1470y的周期。这好像说明引起D-O旋回的应该是外源，地球内部的气候系统不可能有这么精确的时钟。

总之，到目前为止，并没有一个完美的简单机制来统一D-O旋回的变化。研究800kyr以来高精度的D-O事件，有助于分析不同的边界条件对D-O事件的调控。单靠MIS3的冰芯记录，难以分清楚这种内源还是外源变化。