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本论文首先回顾了过去十几年对全新世亚非季风及降水变化的研究。大量的古气候和古环境资料显示在全新世里存在一个共同的时期约10-7kaBP,非洲-阿拉伯半岛-印度半岛-中国的广袤季风地区气候湿润,即在这些地区早中全新世存在湿润期。代用资料还显示:全新世亚非夏季风有明显的减弱趋势,并且在该趋势上存在气候突变,具体表现为剧烈的气候波动即弱季风事件;季风减弱的趋势与岁差引起北半球太阳辐射减少的趋势一致,而弱季风事件与北大西洋冷事件在时间上有很好的对应关系。本论文利用大量的古气候、古环境资料和大气环流模式对全新世湿润期、季风变化趋势与岁差及北大西洋冷事件与弱季风事件之间的关系进行了综合研究分析。
大量的代用资料显示亚非季风在全新世里活动有明显的减弱趋势,研究认为该趋势形成的原因可能是岁差。由于全新世岁差的变化,北半球太阳辐射减弱,减小了海洋和陆地间的热力差异,抑制了夏季风的发展,从而季风活动减弱,夏季风降水减少;而早中全新世北半球太阳辐射相对较强,季风活动也较强,降水较多,导致亚非季风区在早中全新世存在湿润期。本论文利用大量的代用资料和大气环流模式综合分析了岁差变化对整个亚非季风及降水的影响。模拟从物理上证实了岁差对亚非季风强度变化的影响,模拟结果与代用资料相当一致:随着岁差引起北半球太阳辐射的减少,全新世亚非季风减弱,季风降水减少。
大量的古环境和古气候资料表明,在全新世气候温暖的背景上有明显的千年尺度振荡,表现为冷事件周期性的发生,周期约为1.5ka。热盐环流(THC)的减弱被认为是冷事件发生的重要原因,这源于THC在气候系统中起到重要的作用,其由南半球向北半球高纬输送大量的热量,对维持北大西洋地区气候甚至北半球气候举足轻重。最初THC减弱机制用来解释冰期内的千年尺度气候振荡或D/O振荡,当大量的浮冰倾泻到北大西洋时,THC活动减弱甚至停止,其向北半球输送的热量急剧减少,引起的海温变化主要集中在大西洋地区:北大西洋海温下降,而南大西洋海温升高。全新世里虽然THC减弱机理与冰期不尽相同,但是THC仍然有强弱变化,并且能引起气候突变,具体表现为北大西洋冷事件,因此研究北大西洋冷事件对气候的影响也就可以转换成研究THc对气候的影响。本论文通过分析近百年来THC的观测和代用资料发现,THC活动变化引起的海温变化与冰期内相似,但是幅度要小得多,当THC活动强时,北大西洋暖,南大西洋冷;当THC活动弱时,北大西洋冷,南大西洋暖。本论文进一步利用强弱THC对应的海温分布强迫大气环流模式来研究THC对亚非季风及降水的影响,结果显示当热盐环流减弱的时候,亚非季风强度减弱,降水减少。这与观测及代用资料相当一致,说明百年到千年尺度上THC减弱可能是弱季风事件的重要原因。
气候突变对人类文明的孕育、发展有着重大的影响,全新世以来主要有三次气候突变对文明进程有着重大的影响,分别为8kaBP,6kaBP,4kaBP冷事件。特别是4kaBP的冷事件格外受到关注,四大古文明地区此时发生了严重的干旱事件,这些地区的文化随之都发生了衰落和更迭,中华文明也不例外,经过这次文化更迭,在中国建立起了第一个王朝--夏朝。本论文利用大气环流模式对发生在4kaBP的干旱进行了模拟研究,发现岁差能引起4kaBP这次干旱,而THC(北大西洋冷事件)作用进一步的加剧了这次干旱。因此,岁差和THC的共同作用可能是这次引起人类文明重大变化的重要原因。