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轻松读懂海洋(27)小冰期(Little Ice Age) 精选

已有 5131 次阅读 2022-3-12 17:53 |系统分类:科普集锦

15世纪起,全球进入了最后一次寒冷期,叫做小冰期(Little Ice AgeLIA,公元1400-1850年)。这个不能用我们熟知的寒潮来类比,那是季节性变化,而LIA是几百年尺度的变化。

LIA给欧洲的影响是及其深刻的。画家们通过绘画记录了那一时期的冰天雪地。比如《结冰的泰晤士河》创作于1860年,在LIA的结束期,依然可以看到泰晤士河水的结冰。LIA开始后的两个多世纪,1665年彼得.勃鲁盖尔创作了《雪中猎人》,白雪皑皑,河水结冰,寒意逼人。在中国历史中,明朝(1378-1644年)刚好处于LIA。这样的气候对明朝的农业造成很大影响。

YD8.2ka冷事件相比,LIA的温度变幅又很小,在长序列记录中,肯定是被忽略的小型事件。比不过距离我们很近,再加上这个事件对人类社会的巨大影响,我们才觉得这个事件很重要。但是,其背后的变化机制至今并没有完全解决。

我们先确定这个事件的影响范围,是北半球特有事件?还是和南半球密切相关?或者影响到南半球?

首先我们看LIA是否是一次小型的OA事件。在传统的OA事件中,南北半球会显示跷跷板效应,于是我们期待南极的温度要有所增加,海冰会适量融化。可实际情况恰恰相反,LIA期间,南极温度也同步下降了2度,海冰扩展,风力增加,积雪暂停。这说明,我们不能用传统的AMOC减弱来解释LAI事件,因为通过跷跷板效应,南北半球温度会有时间差。还有一种可能性,就是在间冰期,AMOC的减弱作用模式具有一定的独特性,不过,在其它间冰期找到类似事件(南北半球高纬同时小幅度降温)之前,我们只能先放弃这个模型。如果不是AMOC传到,那么南北半球高纬度同时降温就只能由大气传播。引起LIA最有可能的机制是近源,与北冰洋自身的震荡相关。

除了气候变化引起LIA,火山喷发是另外一个可供备选的机制。火山喷发,可以产生冷夏,使得冬天的冰可以比分保存。这个机制和轨道周期尺度上的日照量调控类似,冷夏对于冰盖增长至关重要。研究显示,LIA发生前后,有好几次大型的火山喷发,加上海冰的反馈作用,可能促使了LIA的发生,当然这只是N多种机制中的一种。

目前,对LIA的产生机制,较为统一的说法是:在全球日照量逐渐减小的大背景下,厄尔尼诺、北大西洋涛动(NAO)、南极涛动(AO)、以及太平洋十年涛动(PDO)等动态响应的叠加结果。由于有大气系统相联系,北大西洋、太平洋、以及南极洲同时记录到降温事件就不显得奇怪了。同时,由于气候的不均一性,在某些地方温度反而升高,更不是一件不可接受的事情。

LIA期间,深海温度降低,这一模式好像还在持续。现今温度升高,其影响更倾向于在海洋浅部。因此,深海的持续降温与表层增温形成了对比,并消耗了至少1/4上层海水的热量,否则,全球温度将会更高。

与欧洲大陆上的冰川演化相比,冰岛记录了更为复杂的行为。在1400-1550AD1680-1890AD,冰岛记录了两次冰川发育,期间是一段冰川消退期。这说明LIA期间,冰岛和北欧所欲的气候系统并不完全相同。

在冰岛的气候冷暖波动,我们首先会想到被大西洋涛动(Nroth Atlantic OscillationNAO)的影响。在北大西洋亚速尔群岛存在着一个高压(Azores High),而在冰岛地区则存在着一个低压,这两者之间存在着强烈的耦合关系。当亚速尔高压强,冰岛低压也强的时候,北大西洋地区的环流(包括暖流和冷流)加强,于是就会出现这样奇特的一幕,在美国东南和西北欧,受到暖流的影响会出现暖冬。而加拿大共北部则受寒流影响,出现冷冬。反之,如果冰岛低压减弱,亚速尔高压也减弱时,情况刚好相反。

冰岛处于冷流和暖流交替影响的敏感区域,不同模态下,冷流和暖流的光顾,会造成该区温度的复杂变化。在1550-1680AD,也就是LIA的中期对应的冰岛小暖期,暗示着暖流对该区影响较大,这对应着NAO指数比较高的时期。

事实上,在过去200年,冰岛地区曾经出现了NAO对应的冷冬,格陵兰岛东边的寒流加强,减弱了围绕冰岛的NIICNorth Icelandic Irminger Current)暖流。 1960年曾经造成了显著的海洋盐度异常。在这种气候条件下,冰岛地区的冰川进行短暂的小规模扩张。我们可以认为这是LIA最近期的一次小规模再现。

当冰岛在LIA中期消退的时候,在欧洲大陆的阿尔比斯山区的冰川则在大规模扩张,展示了强烈的区域温度变化不一致性。这好像是另外一种跷跷板,欧洲西部和格陵兰东部,温度此消彼长。在LIA中期,北大西洋亚北极涡(Subpolar Gyre, SPG)减弱,热咸的海水可以进入北部海区和北冰洋,并沿着冰岛南部输送一部分热流。但是,SPG变弱,西风强度减弱,对应着负的NAO期,也就是北欧西部的冷冬时期。SPG的温度在此时期升高了好几度,有利于水汽向欧洲大陆输送,这也是冰川大规模扩张不可缺少的条件。

上述过程刚好和AMOC减弱的过程相反。当北大西洋被注入淡水时,AMOC减弱。但是,上述提及的注入了热咸的海水,当然会使得AMOC增强。在LIA时期,东亚和太平洋区也有气候响应。东亚季风的强度减弱,区域有变干旱的趋势。太平洋十年涛动(PDOPacific Decadal Oscillation)指标为正。南极和北大西洋同时变冷,更倾向于大气传输。科学家发现,南极的气候涛动(AO, Antarctic Oscillation)和NAO确实密切相关。

LIA期间,ITCZ向移动,亚洲夏季风减弱,气候变得干旱。

总结一下AONAOPDO三者的关系,在LIA期间,AO/NAO指标偏负,而PDO偏正。具体而言就是,北欧和南极降温,冰川发育,而太平洋周边地区温度上升,中心温度下降。ITCZ南移动,亚洲夏季风减弱,西风带强度减弱。

阿尔比斯山区的冰川在LIA晚期居然发生了一次较大扩张,这和温度升高结束LIA的现象刚好相反。实际上,产生大的冰川需要水汽(降雨)和温度二者共同控制。研究发现在LIA结束前,其冬天降水量增加了至少25%,这才是引起冰川扩张的原因。1830年后,冰川消减,对应的冬天降水量降低。只有到了20世纪初,冰川撤退才由温度控制。

在撒哈拉沙漠区,温度变化并不大,但是,变得更干旱。

在我们一般的概念中,ITCZ的主轴主要以南北移动为主。在开阔海洋区,ITCZ比较狭窄,这个概念可能成立。但是在陆地去,ITCZ变得很宽,出了主轴引动这一模式之外,ITCZ的宽度也会变化。在LIA时期,南亚和澳大利亚季风区的降雨记录展示,两半球热带高纬区变得干旱,而低纬区变得湿润,这表示ITCZ变得狭窄了,收缩了。

目前,全球温度飙升,但是是否还会出现几个世纪前的百年尺度冷事件,这值得去深入研究。




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