□建平

　　一篇來自中國科學院地球環(huán)境研究所的文章指出，地球環(huán)繞太陽運行的軌道變化或是如今氣候突變的真正幕后推手。該說法主要源于近日發(fā)表在《自然·地球科學》上的幾篇研究論文。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽輻射作為地球氣候系統(tǒng)最重要的外部驅(qū)動力，由軌道變動導致的地表接收太陽輻射變化雖然非常緩慢，但對氣候突變的影響已不容忽視。有研究表明，至少在更新世時段內(nèi)，千年尺度氣候突變會持續(xù)受到這種地球軌道參數(shù)變化的調(diào)制影響。

　　地球軌道三要素

　　眾所周知，地球繞太陽運動的軌道并不是“西方繪畫之父”喬托筆下的完美圓形，而更像是一個隨著時間音符不斷律動的橢圓形。而且這種繞行運動的方式有數(shù)十種之多，不過最廣為人知的還是地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。

　　地球上萬物能量皆來源于太陽，當?shù)厍蚶@太陽運行軌道發(fā)生變化時，地球表面所接受到的太陽輻射能量也隨之改變，造成地球上氣候發(fā)生相應的冷暖波動和風雨變遷。所以，地球上的氣候變化與太陽絕對脫不了干系。

　　但要了解地球軌道變化對氣候的影響，首先要了解地球軌道的三要素：偏心率、地軸傾斜度、歲差。

　　偏心率是指地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的橢圓形軌道并非一成不變，其變動范圍是0-0.07，變化周期為40萬年和10萬年。偏心率的變化對地球表面接受的太陽能量影響很小，但它仍會通過調(diào)制歲差振幅進而影響地球表面太陽輻射量。

　　地軸傾斜度是指地球自轉(zhuǎn)軸（赤道面）與公轉(zhuǎn)軸（黃道面）的夾角，又稱地軸傾角，它也一直在21.5°-24.5°之間緩慢變化，周期約4萬年。這個傾角變化會影響著地球緯度之間太陽輻射入射量差異，較小的地軸傾斜度意味著高緯地區(qū)會接受更多太陽輻射。

　　歲差是氣候季節(jié)性變化的主要誘因，造成南北半球四季正好相反。它是指地球運轉(zhuǎn)時近日點和遠日點在公轉(zhuǎn)軌道上做的一種旋進運動，造成春（秋）分點在黃道面上位置產(chǎn)生變化。歲差的周期約為2.6萬年和1.9萬年。

　　寒潮≠氣候突變

　　我們要明確一點：并不是偶爾幾次寒潮，就能被稱作“氣候突變”。

　　地球氣候除了經(jīng)歷萬年尺度的冷、暖、干、濕的波動外，也會發(fā)生一系列更短尺度的突變事件。但真正的氣候突變事件，都是指那種速度快、幅度大、影響廣的變化，通常會導致人類和自然生態(tài)難以適應。例如，尼羅河與印度河的古文明和瑪雅文明等的衰落，均與氣候突變有關。

　　一直以來，科學工作者們都在尋找千年或更短時間尺度氣候突變存在的證據(jù)，他們通過一些特殊的地質(zhì)生物載體，如冰芯、樹輪、硨磲，石筍、湖沼、黃土和深海沉積物等中的蛛絲馬跡，找到了氣候突變過程中留下的有關元素含量、同位素比值等的信息，慢慢試圖揭開過去數(shù)萬年來氣候突變的神秘面紗。

　　人們發(fā)現(xiàn)，地球上經(jīng)歷的氣候突變，表現(xiàn)不盡相同。有人認為洋流變化是氣候突變的主要誘因，但也有人發(fā)現(xiàn)，地球軌道參數(shù)變化、冰川動力學、大氣CO_2濃度波動等因素都可能會觸發(fā)氣候突變。

　　比如早在20世紀初，南斯拉夫?qū)W者米蘭·柯維奇就指出，地球軌道引起的北半球夏季太陽輻射變化是驅(qū)動冰期旋回的主因。

　　W.Broecker等人在20世紀80年代則指出，氣候突變的主要原因與大西洋經(jīng)向環(huán)流的變化有關。這一觀點在隨后30多年的持續(xù)研究中得到普遍認可。

　　隨著深海鉆探技術的發(fā)展，W.Dansgaard和H.Oeschger等人又發(fā)現(xiàn)格陵蘭島冰芯中的氧同位素記錄了末次冰期一系列千年時間尺度、冷暖快速交替的氣候波動，后來又確認該氣候波動是真實存在的氣候事件，由此確認地球軌道參數(shù)變化是冰期旋回的起搏器。

　　越來越多的研究表明，地球氣候突變跟地球軌道參數(shù)的變化關系密切?！　?/p>

　　掌握規(guī)律，方可預測和應對未來

　　最近，中國科學院青藏高原研究所的科學家領導的科研團隊，利用先進的復雜氣候模型，系統(tǒng)地闡述了地球軌道變化直接驅(qū)動千年氣候事件的動力機理，相關論文在線發(fā)表于專業(yè)期刊《自然·地球科學》上。

　　研究人員對最近80萬年間冰期瞬變模擬結果進行研究，發(fā)現(xiàn)歲差的變化可通過影響北半球低緯地區(qū)的夏季太陽輻射量，調(diào)節(jié)大氣水汽從大西洋向太平洋的輸送強度，進而調(diào)控北大西洋的海表鹽度；大西洋海表鹽度的變化，通過影響北大西洋深層水生成的強度，又能觸發(fā)大西洋經(jīng)向環(huán)流的突變。同時，地軸傾角可通過影響北半球高緯地區(qū)的年平均太陽輻射變化，調(diào)控北大西洋深層水生成區(qū)的海水溫度以及海冰面積，進而影響表層海水垂直混合的強度，引起這些突變。

　　這一系列的數(shù)值模擬試驗證實了，地球軌道的變化不僅可以通過影響冰蓋大小等方式間接調(diào)控氣候突變的發(fā)生，也可通過影響海洋-大氣系統(tǒng)直接觸發(fā)氣候突變。最終，他們確定：過去270萬年以來，更新世所發(fā)生的千年氣候事件很可能是地球軌道變化雙重調(diào)制的結果。

　　如今地球氣候異常現(xiàn)象頻出，可能也是一場短尺度范圍內(nèi)的重要的氣候突變。科學家們相信，只有努力掌握氣候演變的規(guī)律，才能更好地預測和應對未來的氣候變化，指引人類可持續(xù)發(fā)展的方向。