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地质地球所关于黄土古气候的研究取得重要成果
第四纪时期北极冰盖的增长与消融主导了海平面的升降和全球冰期(寒冷期)−间冰期(温暖期)气候的交替出现。北极冰盖演化的信息主要来自深海氧同位素记录，但是学术界逐渐认识到后者实际上反映的是两极冰盖变化的综合环境效应，并且可能受到大洋底流水温的严重影响。北极冰芯的连续环境记录仅能够追溯至第四纪晚期，如何获得更老时期高纬气候和北极冰盖演化的信息，成为古全球变化研究的重大命题。这方面的研究对认识北极冰盖的未来发展趋势也具有重要的现实意义。
长期以来人们一直希望能找到地质历史时期的“环境相似型”来推测未来气候的发展趋势。40万年前后太阳辐射变化幅度与未来6万年相似，是距今最近相似型。因此本世纪初40万年前后的间冰期的环境演化成为全球古气候研究的一个焦点，但终因不同地区地质记录、模型模拟结果存在显著差异，至今没有对这个时期的温暖程度、间冰期长度等问题形成统一的认识。更为重要的是，这种太阳辐射变化的相似性是否在地球环境系统的演化过程中产生过重要的作用，并在地质记录中具有重现性和周期性，是运用相似型方法预测未来气候的关键。
中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室的郝青振副研究员与合作者发挥我国黄土记录的优势，根据黄土粒度变化研究了90万年以来不同冰期北极冰盖增长的规律，发现在以40万年为周期的北纬65° 夏季太阳辐射变化幅度最小时期，北极冰盖的增长滞后于全球冰期发展，滞后时间最长约达到2万年，也就说，全球进入“冰期”后，北半球继续处于气候温暖的间冰期状态。这种现象不仅发生在40万年前后，还发生在80万年前后。
该研究进一步提出，太阳辐射变化幅度降低、驱动变弱是造成40万年前、80万年前北极冰盖滞后发展的根本原因。已有地质证据与气候模式研究发现，北极冰盖的演化受到地球轨道要素配置的综合影响，但是北纬夏季太阳辐射降低是冰盖增长的根本原因。在太阳辐射变幅减小的时期，其最低值高于冰期形成的阈值，这就使得在40万年前、80万年前北极冰盖难以和全球冰期同步发育。
上述结果为推断未来北半球冰期来临的时间提供了关键证据。与40万年前后相比，未来6万年太阳辐射的变率更低。根据北极冰盖响应太阳辐射变化的周期性规律，不考虑人为增加的大气CO2浓度的影响，北半球目前温暖的间冰期气候可能至少还会持续约4万年的时间。
上述研究结果发表在10月18日出版的《自然》(NATURE)上(Hao et al. Delayed build-up of Arctic ice sheets during 400 kyr minima in insolation variability. Nature, 2012, 490: 393-396)。
图1 过去88万年来黄土记录的东亚冬季风（EAWM）和东亚夏季风（EASM）演化序列与全球其他古气候记录的对比。a：北纬65°夏季太阳辐射（橙色）和地球轨道偏心率长期变化（黑色）；b：Imbrie北极冰量理论模型；c：深海氧同位素复合曲线（指示全球冰量）；d-e：驿马关黄土剖面粒度（>32μm的百分比，响应北极冰盖变化）和频率磁化率变化曲线（响应冰期-间冰期变化）；f-g：洛川黄土剖面粒度（>32μm的百分比）和频率磁化率变化曲线。阴影区显示了主要的古土壤单元以及与其他古气候记录的对比，绿色的影区突出显示了黄土粒径的滞后变化。
图2 （上图）40万年前后（氧同位素阶段11-10）太阳辐射（黑色曲线）与未来6万年太阳辐射（紫色曲线）的对比（负值代表未来）；（下图）40万年前后黄土粒度（蓝色线，响应北极冰盖变化）和磁化率（橘黄色线，响应冰期-间冰期变化），显示北极冰盖滞后全球冰期发展至少2万年，指示北半球在这一时期至少持续了6万年。
