張秋穎，萬修全，2，劉澤棟，吳德星，2

（1.中國海洋大學 海洋與大氣學院，山東 青島 266100；2.中國海洋大學 物理海洋教育部重點實驗室，山東 青島 266100）

末次盛冰期氣候環(huán)境基本特征和數(shù)值模擬研究進展

張秋穎1，萬修全1，2，劉澤棟1，吳德星1，2

（1.中國海洋大學 海洋與大氣學院，山東 青島 266100；2.中國海洋大學 物理海洋教育部重點實驗室，山東 青島 266100）

末次盛冰期（LGM）是古氣候學研究的熱門時期之一，很多學者采用不同的研究方法探討了該時期氣候環(huán)境變量的特征和變化，盡管各自的側重點有所不同，某些結論也尚不一致，但是目前初步形成了關于LGM時期的很多共識。針對近20年來不同學者利用重構數(shù)據(jù)和數(shù)值模式模擬等方法對LGM時期開展的研究工作，從物理海洋研究的角度和需求，對LGM時期的地形分布、大氣輻射和CO2濃度、海冰和陸地冰川分布、海表面溫度以及海洋環(huán)流等主要物理要素進行系統(tǒng)描述，總結了LGM時期氣候環(huán)境的基本特征。結果發(fā)現(xiàn)LGM時期海洋表層溫度降低，但存在著區(qū)域性的溫度升高，深海海洋各大洋溫度更趨于一致性，冰川受季節(jié)性影響較大，主要差別在于北半球，大西洋經(jīng)向翻轉流和南極繞極流的強度仍存在爭議。隨著LGM時期氣候變化研究的深入，關于該時期氣候環(huán)境基本特征的認識也會繼續(xù)得以深化和完善，關于過去20年間LGM時期氣候要素研究的綜述也會對后續(xù)數(shù)據(jù)重構和數(shù)值模擬工作具有一定的參考作用。

LGM；海表面溫度；大西洋經(jīng)向翻轉流；古氣候模擬

末次盛冰期（Last Glacial Maximum；以下簡稱LGM時期）處在距今約23 000至19 000年以前（Kurahashi et al，2014；Mix et al，2001；Otto-Bliesner et al，2009），是研究古氣候課題的最適合的時間之一。因為同其他時間相比，LGM的數(shù)據(jù)覆蓋面積相對較好（Solomon et al，2007），且主要的邊界條件比如陸地地形、軌道參數(shù)、大氣CO2濃度等都是已知的，其他方面比如海平面高度、冰川面積以及冰川厚度等也都有了初步的了解（Mix et al，2001）。另外，LGM時期是距今最近的一次冰川極盛期，通過對它的深入研究和認識，可以對未來氣候變化趨勢以及人類該如何應對氣候變化有一定的借鑒和參考價值。

為了重新構建LGM時期的海表面溫度、冰川以及海平面高度，大量的國際間重大合作項目啟動，比如CLIMAP（Climate Long-range Investigation，Mapping，And Prediction，1981）、EPILOG（Environment processes of the ice age：land，oceans，glaciers，1999）、GLAMAP2000（Global Atlantic Mapping and Prediction，2000）、MARGO（Multiproxy Approach for the Reconstruction of the Glacial Ocean surface，2009）。學者們通過各站點鉆孔，利用動植物（浮游生物的有孔蟲目、硅藻、鞭毛藻類、放射蟲類的微化石構成）、有機地球化學（長鏈烯酮、浮游生物有孔蟲貝殼上的鎂和鈣等）、微量元素（Sr/Ca、U/Ca等）、花粉、植物大化石、湖泊水面、地下水標志性氣體以及沉積物δ18O等作為不同指標的替代物（Mix et al，2001；MARGO），推斷出LGM時期地球表面溫度以及降水、陸海冰范圍等一些基本特征。全球冰川對氣候的影響在這一時期被清晰的記錄下來（Clark et al，1999），從而證明了冰對氣候狀態(tài)的主要作用（Mix et al，2001）。但由于生物干擾或不能完全排除其他影響因素等問題，不同方法所得到的推論都存在著一定的偏差甚至相反；而且，由于存在成巖溶解或珊瑚礁處于海面以上等客觀因素，所得到的數(shù)據(jù)也存在不連續(xù)的問題；此外，由于使用不同定年的方法和模型，不同替代物測定的年代也會產(chǎn)生誤差。

對于代表了全球氣候狀況與現(xiàn)在完全不同的LGM時期，數(shù)值模擬方法就成為了另一種研究和認知該時期的主要途徑。人們利用數(shù)值模式不但可以根據(jù)LGM時期的強迫和邊界條件模擬這一時期的地球氣候基本特征，還可以通過改變不同條件從而找出影響LGM時期環(huán)境條件的主要因素。通過與地質證據(jù)相互對比，分析理解過去氣候變化機制，能夠更好地預估未來氣候變化（張冉等，2013）。此外，模擬這一時期的氣候狀態(tài)也對數(shù)值模式發(fā)展和敏感性研究起到測試作用（Mix et al，2001；燕青等，2011）。利用海-氣耦合模式模擬LGM時期大體分成兩個階段：第一階段，由于采用的邊界條件和強迫不同，模式結果也不同（Kitoh et al，2001；Hewitt et al，2003；Shin et al，2003a；Kim，2004；Peltier et al，2004；Weber et al，2007），因不同的強迫和邊界條件導致了不同模式降溫的敏感性，所以很難比較LGM時期的降溫結果 （Otto-Bliesner et al，2009）；第二階段，PMIP2（Paleoclimate Modelling Intercomparison Project PhaseⅡ；http：//pmip2.lsce.ipsl.fr）要求采用標準的邊界條件和強迫從而使得LGM時期各模式結果之間可以進行對比（Braconnot et al，2006）。PMIP2規(guī)定的LGM時期邊界和強迫條件主要包括：（1）使用LGM陸冰重構數(shù)據(jù)ICE-5G（Peltier，2004）；（2）對CO2、CH4和N2O進行修改；（3）增加由于海平面降低而露出的新陸地；（4）修改因地球軌道變化而改變的輻射值（Otto-Bliesner et al，2007）。與重構數(shù)據(jù)相同，不同數(shù)值模式模擬的LGM時期地球氣候基本狀態(tài)，即使應用了相同的強迫和邊界條件，所得到的結論也存在差異。此外，PMIP3計劃（Paleoclimate Modelling Intercomparison Project PhaseⅢ； http：//pmip3.lsce.ipsl.fr） 從2009年末也開始計劃執(zhí)行。PMIP3在保留PMIP2目標的基礎上，修改了一些邊界條件，比如陸冰重構數(shù)據(jù)是將ICE-6G v2.0、MOCA和ANU三種重構數(shù)據(jù)綜合起來應用（Brady et al，2013），并在網(wǎng)站中提供了一些重構數(shù)據(jù)集以方便與模式數(shù)據(jù)相對比。PMIP3計劃目前仍在討論中，最近的一次會議將于2017年舉行。

隨著海氣耦合模式的飛速發(fā)展，模式分辨率和復雜性都有所提高，加之LGM時期主要邊界條件及部分環(huán)境狀況已達成一致，雖然該時期的大部分氣候特征仍存在著很多爭議，但通過對重構替代物的綜合考慮以及和各數(shù)值模擬結果的相互對比印證，LGM時期的氣候狀態(tài)繼續(xù)細節(jié)化是可能和可行的。本文即是在這一思路指導下，從目前我國物理海洋學研究的角度出發(fā)，以過去20年間前人對LGM時期氣候特征研究工作為基礎，針對LGM時期海氣耦合模式的開發(fā)需求，主要總結了LGM時期地形分布、大氣基本狀況（輻射、溫室氣體含量等）、海冰和陸地冰川分布、海洋溫度和環(huán)流特征等基本要素情況，并嘗試利用各種不同的重構方法和數(shù)值模擬的結果對LGM時期的基本氣候環(huán)境特征進行推測與描述，以期更好地理解各氣候變量與環(huán)境改變之間的關系與影響。在這里不會去專門討論和關注不同重構方法的優(yōu)缺點，也不討論不同數(shù)值模式對LGM時期模擬的差異和優(yōu)勢，而是試圖以LGM時期海洋數(shù)值模擬初學者的角度和需求，對LGM時期氣候環(huán)境基本特征和數(shù)值模擬進展方面進行概述。雖然本文不可能全面涉及和總結目前所有的LGM時期的研究工作和結論，但是仍然相信本文對打算或者正在進行LGM時期海洋數(shù)值模擬的我國海洋科學工作者有一定的參考和借鑒意義。

1 LGM時期地形分布

地形與岸界分布是進行LGM時期海洋數(shù)值模擬首先要考慮的問題。LGM時期由于總體冰量達到最大值，所以海平面比現(xiàn)在低。海平面高度降低的具體數(shù)值從105 m（Peltier，1994）到120～130 m（Fleming et al，1998；Peltier，1998a，1998b）范圍不等，甚至Yokoyama等（2000）提出降低了135 m。海平面高度降低導致了LGM時期出現(xiàn)了很多新大陸。根據(jù)ICE-5G（Peltier，2004）地形重構數(shù)據(jù)（圖1）可以看出LGM時期海陸分布同現(xiàn)在的地形相比出現(xiàn)了幾處顯著性的變化：1）亞洲與北美洲的阿拉斯加相連，澳大利亞和新幾內亞通過印尼群島相連接，法國和大不列顛島到斯瓦爾巴群島所在的歐洲北冰洋沿岸相連接（Otto-Bliesner et al，2005）；2）幾處重要的海洋水道如巴倫支海、白令海峽和哈德孫灣等都未打開，印尼貫穿流也未形成（Cuffey et al，1997）。

在大洋地形方面，考慮到水深對水團形成起到的重要作用，PMIP-2提出利用數(shù)值模式模擬LGM時期時，除了對相對淺的區(qū)域（如直布羅陀海峽，丹麥海峽等）水深降低約120 m外，在其它的海洋區(qū)域水深都采用現(xiàn)在的地形數(shù)據(jù)（Otto-Bliesner et al，2005）。

2 LGM時期大氣基本狀況

2.1大氣輻射

米蘭科維奇理論表明，冰期循環(huán)受到地球軌道變化的控制，北半球夏季輻射強度對北半球陸冰的量值起到主要作用（Milankovitch，1941）。LGM時期地球遠日點出現(xiàn)在北半球夏季，而全新世早期（11 ka左右）地球遠日點出現(xiàn)在北半球的冬季，這就導致了LGM時期北半球夏季時得到的太陽輻射小于全新世早期，使得北半球夏季輻射強度在LGM時期達到最?。˙erger，1978），對應的陸冰也達到最大尺度（Clark et al，2009）。隨后，北半球夏季輻射強度逐漸增強，進入了最后一次冰消期（He，2011）。

也有學者認為最重要的環(huán)境強迫不是日照改變，而是溫室氣體、氣溶膠、冰、海平面高度和植被的巨大改變，影響著LGM時期的氣候（Otto-Bliesner et al，2005；Jiang et al，2015）。在對流層放熱強迫中，海冰占據(jù)總放熱的一半以上（Hewitt et al，1997），剩下的大部分放熱來自于溫室氣體（主要是CO2），而新增加的陸地以及輻射強度的改變所起到的作用就比較小 （Otto-Bliesner et al，2005；He，2011）。

2.2大氣溫室氣體濃度

溫室氣體濃度對大氣對流層的反射強度起到重要作用。模擬LGM時期溫室氣體的濃度主要是對CO2、CH4和N2O濃度的定義，而其中CO2扮演著最重要的角色。Otto-Bliesner等 （2005） 利用CCSM3模式在保證LGM時期和工業(yè)革命前（PI）時期的大氣層頂太陽常數(shù)均為1 365 W/m2的條件下，得到兩個時期因為溫室氣體濃度不同致使放熱相應改變的結論（表1），CO2從PI時期的280 ppm下降到LGM時期的185 ppm，其產(chǎn)生的輻射強迫也相應的下降了2.22 W/m2，而CH4和N2O分別從760 ppb和270 ppb下降到350 ppb和200 ppb，對應的輻射強迫分別下降了0.28 W/m2和0.26 W/m2，從中可以看出CO2在輻射中扮演了最主要的角色。

表1 LGM和PI時期的溫室氣體濃度以及相對于PI的放熱強迫估計（Otto-Bliesner et al，2005）

雖然人們普遍認為軌道強迫引起了10萬年冰期循環(huán)，但是也有觀點認為其影響是微小的，而大氣中的 CO2對這一冰期循環(huán)起到了增強作用（Pisias et al，1984；Genthon et al，1987；He，2011）。另外，氣候模式模擬表明冰期低濃度的CO2對海冰和熱鹽環(huán)流也存在影響（Eric Monnin et al，2002；Otto-Bliesner et al，2007）。

3 LGM時期陸冰及海冰分布

3.1陸冰

數(shù)值模式模擬LGM時期陸冰分布的數(shù)據(jù)來源于ICE-5G重構數(shù)據(jù)（Peltier，2004） （圖2）。從圖中可以看出，北美洲的陸冰基本覆蓋了加拿大整個區(qū)域和美國的大部分地區(qū)，最南延伸到40°N附近，其中冰川厚度最大的區(qū)域叫勞倫太德冰蓋，它擴展到美國中部引起了高壓脊（Otto-Bliesner et al，2009）；南極洲的陸冰同現(xiàn)在相比向北延伸的更廣，且南極陸冰厚度相比于PI時期更大一些。南大洋ODP1093站 （49°58.588′S，5°51.935′E） 通過δ18O信號研究測得LGM時期鹽度過高而導致淡水收支的極度不平衡的現(xiàn)象（Adkins et al，2002），而導致該信號異常的一部分因素歸結為南極陸冰（Toggweiller et al，1995），另一部分原因則可能是海冰形成和輸出的增加（Keeling et al，2001）。另一點值得我們關注的是，圖2中并沒有顯示亞洲地區(qū)陸冰的分布情況。關于青藏高原是否存在大范圍冰蓋的說法，學者們通過實測數(shù)據(jù)和模式模擬得到的結果仍存在著差異（如劉東升等，1999；姜大膀等，2002，2004；施雅風等，1997），目前為止仍沒有最終定論。

3.2海冰

圖2 ICE-5G陸冰厚度重構數(shù)據(jù)

學者利用有孔蟲、硅藻和放射蟲等來估計LGM時期海冰延伸的范圍（Sarnthein et al，2003；Gersonde et al，2005）。北大西洋海冰范圍在LGM時期比現(xiàn)在延伸更廣，并且最新重構數(shù)據(jù)顯示，季節(jié)性海冰的擴展范圍比早期認知的擴展范圍更大（Sarnthein et al，2003；de Vernal et al，2005），比如 GLAMAP2000和 MARGO數(shù)據(jù) （MARGO Program Members 2009）均確定了夏季的北歐海（Nordic seas）是無冰凍的；南極洲東部溫度下降了9±2℃（Stenni et al，2001），并在附近存在大量的季節(jié)性海冰遷移 （Gersonde et al，2005）。CLIMAP（1981）發(fā)現(xiàn)太平洋西北部上層海洋結構有很大的變化，鄂霍次克海有中層水形成或增加（Keigwin，1998），阿拉斯加灣的層化現(xiàn)象更明顯（Zahn et al，1991） 且伴隨著降溫，de Vernal等（1997）認為這些現(xiàn)象與東北太平洋季節(jié)性海冰有關。

Otto-Bliesner等 （2005） 利用 CCSM3模擬LGM時期的海冰，得出結論：南半球海冰區(qū)域及雪的厚度均是是現(xiàn)在的2倍，北冰洋的海冰厚度在2、3月份達到6～7 m，灣流由于海冰的延伸有偏南的現(xiàn)象；因為北太平洋在LGM時期比現(xiàn)在溫度高，所以冬季在45°N-60°N之間從堪察加半島到180°E最大海冰密度比現(xiàn)在降低了30%；南半球海冰向北延伸至45°S，尤在印度洋區(qū)域有很大的季節(jié)性變化。

4 LGM時期溫度分布

4.1表面溫度

LGM時期地球表面溫度的重構是探知地球氣候基本狀態(tài)的重要變量，也是重構LGM時期氣候狀態(tài)的各種方法中采用較多、較準確的一個變量。如前文所述，有很多國際性大型項目通過在各地鉆孔而得到LGM時期地球表面溫度的代用數(shù)據(jù)，并繪制成地圖，但這些地圖主要代表了季節(jié)性的表面溫度，其中 MARGO計劃 （MARGO Project Members，2009）估計是LGM時期海表面最完整綜合的海表面溫度數(shù)據(jù)集（圖3），但是海表面鹽度卻不存在這種類似的數(shù)據(jù)集（Kurahashi et al，2014）。

通過對MARGO計劃（MARGOProjectMembers，2009）的重構數(shù)據(jù)分析，得到以下結論：（1）經(jīng)向和緯向溫度梯度大：最強的降溫（-10℃）發(fā)生在北大西洋中緯度地區(qū)，一直延伸到地中海西部（-6℃），這與CLIMAP（1981）所得結論一致；東部海洋降溫程度高于西部海洋溫度降溫；非洲沿岸如今天的納米比亞和南非的海岸上升區(qū)域降溫比較明顯；（2）熱帶區(qū)域降溫：熱帶（15°S-15°N）地區(qū)平均降溫（1.7±1）℃；大西洋熱帶地區(qū)降溫程度總體上比太平洋和印度洋的大；太平洋西部暖池降溫1℃～3℃（Argo觀測數(shù)據(jù)表明太平洋西部暖池由29℃等溫線包絡（張春玲等，2014））；熱帶太平洋和印度洋東西區(qū)域溫度差異同熱帶大西洋東西區(qū)域溫度差異相比改變較??；（3）南大洋降溫：南大洋降溫2℃～6℃表明極地鋒向北遷移；（4）局部區(qū)域升溫：太平洋副熱帶氣旋可能增暖1℃～2℃。

LGM時期其它重構數(shù)據(jù)表明北半球高緯度地區(qū)降溫劇烈并伴有北部大部分樹林面積減少現(xiàn)象（Bigelow et al，2003），格陵蘭島溫度下降21±2℃（Dahl-Jensen et al，1998）。北太平洋地區(qū)適度降溫，Ortiz等（1997）利用有孔蟲和同位素方法推斷加利福尼亞暖流LGM時期下降了4℃，但通過鏈烯酮和放射蟲推斷加利福尼亞暖流南部降溫為2℃ （Herbert et al，1995；Sabin et al，1996）。ODP883站利用浮游生物有孔蟲Mg/Ca證明白令海峽LGM時期降低0.6℃（Barker et al，2005）。在阿拉斯加灣的PAR87-A10站通過腰鞭毛蟲囊密度分析得到在數(shù)月中海冰向外延伸至50%，且冬季海表面溫度與現(xiàn)在相似（de Vernal et al，2005）。Jiang等（2015）提出，LGM時期大氣降溫最大的區(qū)域是在從孟加拉灣到太平洋中部的熱帶地區(qū)，而在較高緯度上沒有很大的改變，這表明相對于較高緯度，大氣熱量對邊界條件的改變在赤道地區(qū)響應更強。但值得注意的是，表面溫度的重構仍存在著缺陷。一方面，不同重構方法在同一區(qū)域的重構數(shù)據(jù)會存在差別甚至矛盾，且替代物可能受到季節(jié)性影響；另一方面，南部海洋由于缺乏大量數(shù)據(jù)而使得重構受限（Mix et al，2001），MARGO計劃（MARGO Project Members 2009）在北大西洋北部和熱帶海洋區(qū)域站點較多，而在太平洋亞熱帶地區(qū)觀測點較少。

在海-氣耦合模式方面，Otto-Bliesner等（2009） 在 PMIP2條件下對比了 6種模式（CCSM3、FGOALS、HadCM、IPSL、MIROC、EcBilt-CLIO）的熱帶海表面溫度，所得數(shù)據(jù)雖然存在差異，但仍然得到了一些共同結論：熱帶平均降溫在1.0℃～2.4℃之間，熱帶大西洋海表面溫度比熱帶太平洋海表面溫度低，但是海盆內部和海盆之間降溫的差異性相比MARGO重構數(shù)據(jù)得到的差異較小 （Rosell-Mele et al，2004；Barker et al，2005；Barrows et al，2005；Chen et al，2005；Kucera et al，2005）；模式中未出現(xiàn)像鉆孔數(shù)據(jù)中推測的降溫大于6℃的地區(qū)。Liu等（2002）提出熱帶海洋表面降溫是因為CO2濃度的降低，但這一初始的熱帶降溫只占了最終總降溫的一半，而其它降溫原因則是與上層環(huán)流有關，尤其是受到南太平洋熱鹽和中層水通風的影響。

此外，巴布亞新幾內亞的珊瑚記錄表明ENSO已經(jīng)存在130 000年了，雖然在LGM時期這些區(qū)域處于陸地狀態(tài)，導致站點記錄缺失，但是推測在冰期時期ENSO振幅減弱（Tudhope et al，2001）。有學者提出Nino-3.4區(qū)域（5°S-5°N，170°-120°W）月海表面溫度異常的標準差代表了模式中ENSO活動的測量指標（Deser et al，2006），在LGM時期該測量指標每個月都在減小，尤其是在北部的秋冬季節(jié)（Otto-Bliesner et al，2005）。

圖3 LGM時期與現(xiàn)在海表面溫度的異常值

CCSM3模擬LGM時期得到該時期表面溫度更冷且更干燥的結論：全球年平均表面溫度是9.0℃，比工業(yè)革命前（PI）時期低了4.5℃，CCSM3模擬的全球降溫比CSM1模擬全球降溫低10%（Shin et al，2003b）；大氣降水降低18%，年平均降水2.49 mm/day，比控制實驗PI時期降低0.25 mm/day（Otto-Bliesner et al，2005）。

4.2海洋深層溫度

隨著技術的發(fā)展，人們不斷探索著LGM時期海洋深層水溫度。Adkins等（2002）通過對比ODP1063站 （33°41.181′N，57°36.903′W）、ODP981站 （55°28.632′N，14°39.048′W）、ODP1123站（41°47.160′S，171°29.940′W）和ODP1093站（49°58.588′S，5°51.935′E）2000 m以下深水溫度，認為相比于現(xiàn)在大西洋、太平洋和南大洋深水水團溫度存在一些差異，LGM時期的深水水團溫度更趨于一致性：除了ODP1093站在4 584 m海水處水溫是-2.2±0.5℃以外，其它站深海水溫都在-1.2℃左右。他們通過對氯化物數(shù)據(jù)進行分析認為與PI時期深水密度層結主要由溫度決定不同，LGM時期的深水密度層結是由鹽度變量作為主導因素的，與Otto-Bliesner等（2005）的結論一致。這對于研究LGM時期深海大洋環(huán)流不同水團的運動有重要意義。

5 LGM時期兩個重要環(huán)流概況

整體來說，LGM時期海洋環(huán)流分布與現(xiàn)在相差不多，有部分洋流因為海陸分布的不同而有所差異甚至消失，比如印尼貫穿流。其中，大西洋經(jīng)向翻轉流和南極繞極流由于它們對氣候變化影響較為重要且通過模擬和重構數(shù)據(jù)學者得到的結論存在差異甚至相反，所以一直是人們關注的熱點。

Liu等（2007）認為僅僅輻射和CO2的均勻強迫是很難引起格陵蘭島的千年尺度變化的，而主要通過海洋熱輸運和各種正反饋的海洋環(huán)流可以影響大氣的變化。大西洋經(jīng)向翻轉流（AMOC）的變化可能是引起格陵蘭島冰芯記錄的“氣候過山車”現(xiàn)象的原因（Broecker et al，1985）；熱鹽環(huán)流對于熱輸運和碳循環(huán)有重要的作用（Otto-Bliesner et al， 2007）。

LGM時期AMOC強度的信息來源于古海洋的替代性變量（Fischeretal，1999）。在大西洋55°N-50°S打孔的ODP（Ocean Drilling Program）數(shù)據(jù)，根據(jù)測量δ18O的含量推算出LGM時期大西洋深層水比現(xiàn)在的更咸更冷；并推算得到鹽度梯度，認為深層南大洋比北大西洋水鹽度更大（Adkins et al，2002）。AMOC的強度和深度因不同的探測手段有不同的結論。有些學者認為LGM時期AMOC的強度比PI時期時更弱，影響深度更淺：他們通過底棲有孔蟲δ13C（Curry et al，2005；Duplessy et al，1988）、Cd/Ca（Boyle，1992；Marchitto et al，2006）、Ba/Ca（Lea et al，1990） 以及 Zn/Ca（Marchitto et al，2002）等古營養(yǎng)物追蹤法，得到北大西洋深層水 （NADW） 和南極底層水（AABW）的邊界在LGM時期要淺一些的結論；Lynch-Stieglitz（1999a，1999b；2006）根據(jù)佛羅里達海流的地轉輸運利用δ18O提出AMOC減弱的結論；根據(jù)冰期時期的北大西洋中層水（GNAIW）占據(jù)了北大西洋約2 000～2 500 m處，得到AMOC強度比現(xiàn)在弱而使得AABM更遠的侵入到北大西洋中的結論（Otto-Bliesner et al，2007）。也有些學者在LGM時期AMOC強度方面提出了質疑，他們認為LGM時期的AMOC強度是比PI時期強的，或者至少是與PI時期相匹敵的：他們認為被動的營養(yǎng)物質追蹤法不能提供直接的深層水速率的信息（LeGrande et al，1995），而沉積物的231Pa/230Th卻更直接地反映了深水對流的速度。LGM時期231Pa/230Th的分布表明GNAIW流到南部海洋的速率與現(xiàn)在相似甚至更高 （Yu et al，1996）；McManus等（2004）在百慕大海隆的鉆孔中使用231Pa/230Th，表明AMOC在LGM時期至多減少30%～40%；測量海洋沉淀物晶粒大小的方法也支持 LGM時期 AMOC強度變強 （McCave et al，1995；Manighetti et al，1995；McCave etal，2006）；另外，由于LGM時期白令海峽是處于關閉狀態(tài)的，使得太平洋的冰融水不能進入大西洋，這在理論上有利于解釋AMOC在LGM時期強度比現(xiàn)在強的說法（Cuffey et al，1997）。

在數(shù)值模式方面，Otto-Bliesner等（2007）對比了4個耦合模式（CCSM3、HadCM、MIROC和ECBilt-CLIO）模擬的LGM時期AMOC的結果。4種模式均模擬出現(xiàn)在的AMOC最強處（500 m以下）流量是13.8～20.8 Sv，這在觀測估計的18±3～5 Sv范圍之內（Talley et al，2003）。在這一前提下，不同模式對于AMOC強度的模擬各不相同：CCSM3模擬AMOC強度減弱約20%（Otto-Bliesner et al，2005），HadCM基本不變，ECBilt和MIROC增強（約20%到40%）；在45°N處，AMOC深度也有變化：CCSM3模擬的LGM時期的AMOC影響深度比現(xiàn)在的AMOC淺，MIROC則在LGM時期加深到了整層模式，ECBilt的AMOC占據(jù)了整個30°S以北的整個大西洋，HadCM模式模擬的北大西洋深層水是最弱的。北大西洋南極底層水（AABW）在CCSM3和HadCM上增加，在MIROC減少，在ECBilt中消失。Otto-Bliesner等 （2007） 認為CCSM3高估了冬季格陵蘭島南部海冰的區(qū)域（CLIMAP Project Membership，1981；Sarnthein et al，2003），而MIROC模式低估了LGM時期海冰的范圍卻可能高估了NADW的強度，所以模式的結果表明GNAIW可能同現(xiàn)在的情況相差不多。

在南極繞極流（ACC）方面，對于LGM時期ACC的平均位置和強度也存在著爭議?？傮w概括為：ACC的強度或位置的改變可能是增強的（Pudsey et al，1998；Dezileau et al，2000；Noble et al，2012）或者基本保持不變（Matsumoto et al，2001；McCave et al，2012）。在模式方面CCSM3和CSM1都得到在LGM時期ACC增強（Otto-Blienser et al，2005）的結論，一方面是因為南部海洋帶狀風應力增強，另一方面由于南極洲附近更多海冰形成使得AABW增強從而對ACC輸運產(chǎn)生影響（Gent et al，2001）?，F(xiàn)在已經(jīng)基本確定的是，ACC的強度在很大程度上是由密度的不同而驅使的，而不僅僅是通過風來驅動的（Hogg，2010；Kohfeld et al，2013）。

6 總結

古氣候的客觀重現(xiàn)被認為是準確預測未來氣候狀況的重要前提，而LGM時期被認為是研究古氣候較為理想的一個時期之一。這不僅是因為這一時期有相對較多的重構數(shù)據(jù)且分布較為廣泛，有利于探知該時期的基本特征；更因為是在這一時期全球氣候狀況處于與現(xiàn)在完全不同的情況，有利于測試模式的敏感性并對模式進行評估改進和完善，從而達到更準確預測未來氣候狀況的目的。

受軌道參數(shù)的影響，太陽輻射在LGM時期處于最小值，這是造成該時期環(huán)境特征的最根本因素。而溫室氣體濃度降低、冰川覆蓋范圍增加、植被和新陸地的產(chǎn)生等現(xiàn)象對這一時期環(huán)境的改變起到了加強的作用。

對于LGM時期環(huán)境特征的推測主要通過重構數(shù)據(jù)和數(shù)值模式模擬兩種方法進行。國際間大型合作項目已開展30多年，主要致力于重建LGM時期的海表面溫度并繪制地圖，這也使得人們對這一時期有了較為形象的認知。雖然由于該時期的海表面溫度等變量是采用多種重構方法和替代數(shù)據(jù)構建，且考慮到數(shù)據(jù)的非連續(xù)性季節(jié)性變化以及生物擾動等客觀因素的影響會導致部分區(qū)域相同的變量數(shù)值有偏差甚至相互矛盾，但重構數(shù)據(jù)仍然給人們指明了一個LGM時期各變量情況的大體方向，比如同現(xiàn)在環(huán)境特征相比海表面溫度會有區(qū)域性的升溫，而不是全球溫度都在降溫，且僅有少量區(qū)域降溫幅度超過6℃；深海溫度與現(xiàn)在相比，更趨于一致性；冰川的覆蓋范圍存在季節(jié)性變化，季節(jié)性海冰所占面積很大，有很多浮冰遷移，而不是全球大部分地區(qū)處于冰凍狀態(tài)；AMOC的強度深度以及ACC的位置和強度仍處于爭執(zhí)階段，并無確定性結果等。很多學者也致力于利用數(shù)值模式模擬LGM時期的環(huán)境狀況。從早期的利用不同的邊界條件通過大氣模式模擬基本特征到PMIP2時期選擇相同的強迫和邊界條件通過海-氣耦合模式模擬LGM時期環(huán)境特征，人們通過模式結論之間的對比與不斷改進，力求達到模擬更為準確的LGM時期環(huán)境特征。隨著技術的不斷發(fā)展與完善，LGM時期氣候特征的不確定性將漸漸降低，人類對于古氣候的認知也會逐漸清晰與肯定。

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（本文編輯：袁澤軼）

A review of Last Glacial Maximum reconstruction：proxies and model simulations

ZHANG Qiu-ying1,WAN Xiu-quan1，2,LIU Ze-dong1,WU De-xing1，2

（1.College of Oceanic and Atmospheric Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266100,China; 2.Key Laboratory of Physical Oceanography,Ocean University of China,Qingdao 266100,China）

The Last Glacial Maximum （LGM） is one of the most suitable time periods for paleoclimate researchers and different methods have been used to obtain the characteristics of environmental variables in that period.While many features and arguments on LGM period are still in dispute,some basic agreements have been reached through the progress of last 20 years.In this paper,many physical elements which stand for the basic characteristics of climate in LGM period,including the topography,radiance,atmosphere CO2concentration,land-sea mask,sea surface temperature （SST） and ocean circulation,have been described systematically by compiling the results of LGM reconstruction with new proxies and model simulations in past 20 years to provide a front-row seat for the paleoceanography study in China.We found that the global SSTs in LGM period were cooling overall,but a few warming signals occurred at some particular regions； deep ocean temperatures were relatively homogeneous;the glaciers had significant seasonal variation mainly in the Northern Hemisphere； the strength of the Atlantic MeridionalOverturning Circulation（AMOC） and the Antarctic Circumpolar Current（ACC） was still in dispute.Definitely,the knowledge about LGM period should be broadened and deepened with the further increasingresearch.This review may provide a valuable reference to the following researches about data reconstruction and model simulation in China.

LastGlacial Maximum;SST;AMOC;paleoclimate simulation

P47

A

1001-6932（2017）01-0001-11

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.01.001

2015-09-17；

2015-12-16

國家自然科學基金（41276013；41576004）；山東省-基金委聯(lián)合基金（U1406401）；教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（NCET-12-0502）。

張秋穎（1990-），女，碩士研究生，主要研究方向為大洋環(huán)流、古氣候研究。電子郵箱：zhangqy90@yahoo.com。

萬修全，副教授。電子郵箱：xqwan@ouc.edu.cn。