鄭培松 ，賴忠平

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢） 地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074 2.汕頭大學(xué)海洋科學(xué)研究院，廣東省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，汕頭 515063

在末次冰期（距今約120 — 10 ka前），南極與格陵蘭冰芯中記錄了25次千年尺度氣候事件（圖1a、圖1f）（Rasmussen et al，2014）。其中記錄在格陵蘭冰芯中的被稱為Dansgaarde-Oeschger（DO）事件（圖1a）（Dansgaard et al，1993）。該事件以格陵蘭地區(qū)在數(shù)十年內(nèi)突然升溫5 — 16.5℃為標(biāo)志，并在之后長達(dá)數(shù)百至上千年的間冰階（interstadial，或DO事件暖期）緩慢降溫，直至在數(shù)十年內(nèi)突然降溫回到冰階（stadial，或DO事件冷期）（Kindler et al，2014；Pedro et al，2018）。與此同時(shí)，南極溫度在DO事件冷、暖期分別緩慢上升、下降，使得同位素溫度記錄上留下了一個(gè)個(gè)峰值（Antarctic Isotope Maximums，AIMs，圖1f）（Barbante et al，2006；Buizert et al，2015b）。這種南北極之間的反相位溫度波動(dòng)現(xiàn)象被稱為“Bipolar Seesaw”（Stocker and Johnsen，2003）。冰芯記錄表明：Bipolar Seesaw現(xiàn)象在氧同位三階段（marine isotope stage 3，MIS-3，距今57 — 29 ka，圖1）最為活躍（Buizert et al，2015a；Kawamura et al，2017）。這一時(shí)期地球處于中等冰期氣候，此時(shí)全球冰量、大氣CO2濃度和全球溫度處于它們冰期—間冰期波動(dòng)的中間值（Buizert and Schmittner，2015；Kawamura et al，2017；Zhang et al，2017）。

通常認(rèn)為，Bipolar Seesaw 現(xiàn)象與北大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（Atlantic meridional overturning circulation，AMOC）的強(qiáng)度變化所引起的地球經(jīng)向熱量分布的改變有關(guān)（Broecker et al，1985）。AMOC由三個(gè)主要部分構(gòu)成（Crowley，1992），第一部分是從低緯地區(qū)與南半球向北半球高緯地區(qū)以表層、次表層水的形式輸送的溫暖的海水，為AMOC的上支?，F(xiàn)代觀測結(jié)果表明：AMOC上支的經(jīng)向熱量輸送約為(1 ± 0.5)×1015W，是維持北半球高緯度地區(qū)溫暖的關(guān)鍵（Ganachaud and Wunsch，2000）。北大西洋深層水（North Atlantic deep water，NADW）的生成是AMOC的第二個(gè)組成部分，當(dāng)溫暖的表層海水在拉布拉多海和北歐海與北半球高緯度地區(qū)的冷空氣進(jìn)行熱交換而降溫時(shí)（Broecker，1991；Smethie Jr and Fine，2001；Buckley and Marshall，2016），其密度增大并下沉，形成NADW。NADW在海底的南向運(yùn)動(dòng)和之后的上涌是AMOC的第三部分，其上涌位置在南緯 30° 附近（Broecker，1991；Ganachaud and Wunsch，2000）。DO事件暖期對(duì)應(yīng)AMOC的活躍狀態(tài)（類似現(xiàn)今的AMOC環(huán)流模式），此時(shí)熱量從赤道及南半球向北半球高緯度地區(qū)輸送，而南半球海洋積累的熱量逐漸減少，南極緩慢降溫（Lynch-Stieglitz，2016；Pedro et al，2018）。DO 事件冷期AMOC 處于停止或減弱的狀態(tài)，此時(shí)熱量逐步在全球海洋熱庫中積累，部分熱量穿透繞南極環(huán)流（Antarctic circumpolar current，ACC），使南極逐步升溫（Pedro et al，2018）。

除了大洋環(huán)流外，Bipolar Seesaw還伴隨著氣候系統(tǒng)的全球性變化，例如南北半球中低緯度地區(qū)溫度、濕度的波動(dòng)（Pahnke et al，2003；Xu et al，2013），熱帶輻合帶（intertropical convergence zone，ITCZ）、南半球西風(fēng)帶的經(jīng)向移動(dòng)（Lee et al，2011；Pedro et al，2018），以及低緯水循環(huán)的變化（圖1d）（Cheng et al，2016）。

此外，冰期時(shí)大氣CO2（以下簡稱CO2）在千年尺度上呈現(xiàn)與南極溫度高度相似的變化（圖1g），因此有研究認(rèn)為Bipolar Seesaw背后的物理過程（例如AMOC強(qiáng)度變化）可能還控制了CO2的變化。例如：DO冷期時(shí)南半球西風(fēng)帶（southern hemisphere westerlies）的強(qiáng)度和位置或南極底層水（Antarctic bottom water，AABW）的生成量的變化可通過控制南大洋通風(fēng)調(diào)控深海CO2的釋放（Anderson et al，2009；Menviel et al，2015）。而南半球西風(fēng)帶與南極底層水的變化都與AMOC強(qiáng)度變化高度相關(guān)（Lee et al，2011；Menviel et al，2015）。此外，AMOC還能通過海洋生物泵調(diào)節(jié)CO2濃度（Schmittner，2005）。另一方面，有研究發(fā)現(xiàn)CO2的變化又能夠影響B(tài)ipolar Seesaw：大氣CO2濃度能夠通過調(diào)控跨中美洲的水汽輸送進(jìn)而通過調(diào)節(jié)AMOC上支的鹽度影響AMOC強(qiáng)度（Zhang et al，2017）。

因此，研究Bipolar Seesaw現(xiàn)象背后的機(jī)制不僅有助于更好地理解冰期地球氣候，也有利于更好地研究CO2濃度在千年尺度上的變化機(jī)制，理解CO2與氣候系統(tǒng)的復(fù)雜相互作用。然而，目前關(guān)于Bipolar Seesaw的研究仍有眾多難點(diǎn)尚未突破。本文從DO與AIM事件的觀測特征，DO與AIM事件的機(jī)制，Bipolar Seesaw與千年尺度CO2變化等方面，綜述了國際上近年來關(guān)于Bipolar Seesaw現(xiàn)象的相關(guān)研究進(jìn)展，并根據(jù)這些內(nèi)容歸納了對(duì)Bipolar Seesaw今后的研究展望。

1 DO與AIM事件的觀測特征

1.1 冰芯中的DO與AIM事件

20世紀(jì)60年代以來，格陵蘭冰芯鉆孔，例如：GRIP（Greenland Ice Core Project）（Dansgaard et al，1993），GISP2（Greenland Ice Sheet Project 2）（Grootes et al，1993），NGRIP（Greenland Ice Core Project）（Andersen et al，2004）和NEEM（North Greenland Eemian Ice Drilling）（Dahl-Jensen et al，2013）陸續(xù)為古氣候研究提供了末次冰期以來的高精度連續(xù)氣候記錄。這些鉆孔共記錄了25次DO事件，每次事件的時(shí)長介于1.1 — 8.6 ka（Petersen et al，2013）。在60 — 0 ka，格陵蘭冰芯的年代可通過測量冰芯電導(dǎo)率的周期性變化（由降雪成分的年際變化所致）建立高精度相對(duì)年代框架（GICC05時(shí)間尺度）（Svensson et al，2008）。在這一高精度年代框架下，結(jié)合冰川流動(dòng)模型，Rasmussen et al（2014）使用NGRIP、GRIP、GISP2三個(gè)冰芯中的氧同位素（δ18O）和離子數(shù)據(jù)確定了末次冰期DO事件轉(zhuǎn)折點(diǎn)的具體年代（圖1a），并將大部分轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相對(duì)誤差限定在了40 — 60 a。

DO事件期間格陵蘭的溫度變化幅度及其空間分布規(guī)律是DO事件的重要特征。利用氮同位素（δ15N），Kindler et al（2014）重建了過去120 —10 ka的格陵蘭溫度變化，該研究發(fā)現(xiàn)格陵蘭DO事件升溫幅度可達(dá)5 — 16.5℃（誤差± 3℃）。同時(shí)DO事件升溫幅度在整個(gè)末次冰期未見隨時(shí)間變化的趨勢，并且MIS-3與氧同位素五階段（marine isotope stage 5，MIS-5，距今130 — 71 ka）的DO事件的升溫幅度相當(dāng)。一些研究對(duì)DO升溫事件時(shí)格陵蘭溫度的空間分布規(guī)律進(jìn)行了探索。Buizert et al（2014）使用δ18O與δ15N數(shù)據(jù)重建了末次冰消期（19 — 11.7 ka）時(shí)的格陵蘭升溫幅度，發(fā)現(xiàn)格陵蘭中部鉆孔（NGRIP、GISP2）記錄的升溫幅度要高于北部鉆孔（NEEM）。通過與氣候模型模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這一空間分布模式與北大西洋的熱量釋放模式一致，說明DO升溫事件的熱量主要來源于海洋。

與DO事件相比，AIM事件的溫度變化幅度則小得多，僅為1 — 3℃（圖1f）（Barbante et al，2006；Parrenin et al，2013；Buizert et al，2015a）。除了DO-25之外（Capron et al，2012），末次冰期所有的DO事件都有AIM事件與之對(duì)應(yīng)（Fudge et al，2013；Buizert et al，2015a）。其中AIM-2 事件（對(duì)應(yīng)DO-2.2）在VOSKTOK、EDC（European Project for Ice Coring in Antarctica（EPICA），Dome C）等鉆孔中并不明顯（Petit et al，1999；Augustin et al，2004），但WDC（West Antarctic Ice Sheet Divide Ice Core）、EDML（EPICA Dronning Maud Land）等鉆孔確定了該事件的存在（Barbante et al，2006；Fudge et al，2013）。

圖1 冰期千年尺度氣候波動(dòng)Fig. 1 The glacial millennial climate changes

1.2 DO與AIM事件相位差

DO事件信號(hào)與低緯甲烷（CH4）變化高度同步。這是由于DO事件時(shí)期北半球高緯地區(qū)的氣候能夠通過強(qiáng)迫大氣環(huán)流影響經(jīng)向哈得萊（Hadley）環(huán)流的強(qiáng)度進(jìn)而影響ITCZ的位置（Lee et al，2011；Pedro et al，2018）。ITCZ的位置變化深刻影響了低緯地區(qū)的水循環(huán)（圖1d）（Chiang，2009；Cheng et al，2016）。而低緯地區(qū)是大氣CH4的主要產(chǎn)地（Baumgartner et al，2013），因此冰期時(shí)的CH4呈現(xiàn)出了與DO事件信號(hào)高度同步的變化（圖1e）（Buizert et al，2015a；Buizert et al，2015b）。CH4信號(hào)大約滯后格陵蘭δ18O事件信號(hào)(56 ± 38) a（Baumgartner et al，2013）。由于CH4能在大氣中被快速混合，因此格陵蘭與南極冰芯中記錄的CH4信號(hào)高度同步。從而可以通過南極與格陵蘭的CH4記錄建立南北極間的統(tǒng)一年代框架（Blunier and Brook，2001）。利用西南極冰芯的高精度CH4數(shù)據(jù)（圖1e），輔之以石筍高精度絕對(duì)定年數(shù)據(jù)的校正（Buizert et al，2015b），Buizert et al（2015a）對(duì)西南極WDC鉆孔與格陵蘭NGRIP冰芯進(jìn)行了高精度同步后，通過研究AIM事件氧同位素信號(hào)的疊加記錄與格陵蘭DO事件氧同位素信號(hào)的疊加記錄之間的相位差，發(fā)現(xiàn)AIM升溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)落后DO降溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)(208 ± 96) a，AIM降溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)落后DO升溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)(218 ± 92) a。這與最新的使用火山灰記錄對(duì)格陵蘭與南極氧同位素記錄進(jìn)行高精度同步研究得出的結(jié)果類似（Svensson et al，2020），該研究表明南極δ18O中的AIM事件轉(zhuǎn)折點(diǎn)落后DO事件轉(zhuǎn)折點(diǎn)約(152 ± 37) a。

1.3 DO與AIM事件統(tǒng)計(jì)特征

DO事件發(fā)生的周期性是否存在是一個(gè)懸而未決的問題。早期的研究發(fā)現(xiàn)GISP2冰芯中存在著周期約1470 a的頻譜信號(hào)（Grootes and Stuiver，1997）。之后的研究發(fā)現(xiàn)，有多個(gè)DO事件的時(shí)間間隔大約為1470 a的整數(shù)倍（Alley et al，2001；Rahmstorf，2003）。前人提出了一系列理論來解釋這一觀測結(jié)果，例如：周期性外部驅(qū)動(dòng)（如太陽輻射變化，Braun et al，2005）、隨機(jī)震蕩（stochastic resonance，Alley et al，2001）、Ghost震蕩（Ghost resonance，Braun et al，2007）以及相干震蕩（coherence resonance，Timmermann et al，2003）等。但另一方面，也有研究認(rèn)為這一周期性并不顯著（Ditlevsen et al，2007；Braun et al，2010）。一項(xiàng)最近的研究使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法調(diào)查了觀測的DO事件序列能否通過一個(gè)簡單的平穩(wěn)隨機(jī)過程產(chǎn)生，或者通過外部驅(qū)動(dòng)力控制（Lohmann and Ditlevsen，2018）。結(jié)果表明：DO升溫事件的統(tǒng)計(jì)特征與平穩(wěn)隨機(jī)過程一致。但如果將DO事件劃分為升溫事件和降溫事件，則可發(fā)現(xiàn)升溫事件的序列和降溫事件的序列并不相互獨(dú)立。并且，當(dāng)引入外部驅(qū)動(dòng)力時(shí)，DO事件暖期的時(shí)長與全球冰量相關(guān)，冷期的時(shí)長與北半球夏季太陽輻射相關(guān)（Lohmann and Ditlevsen，2018）。

DO與AIM事件之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系或許能揭示更多Bipolar Seesaw的機(jī)制。使用南極EDML冰芯氧同位素?cái)?shù)據(jù)，有研究發(fā)現(xiàn)，MIS-3時(shí)期南極AIM事件升溫幅度與格陵蘭DO事件冷期時(shí)長高度線性相關(guān)（R2= 0.85）（Barbante et al，2006）。這一觀測結(jié)果說明Bipolar Seesaw在MIS-3時(shí)期是穩(wěn)定的，不受Heinrich事件（冰期時(shí)大量冰川崩塌進(jìn)入北大西洋的冷事件）與氣候背景變化的影響。但之后的研究表明，這一線性關(guān)系在MIS-5與末次冰盛期（last glacial maximum，LGM，距今23 — 19 ka）時(shí)并不適用。具體表現(xiàn)為MIS-5時(shí)AIM事件升溫幅度高于MIS-3時(shí)DO冷期時(shí)長與AIM升溫幅度的線性擬合直線。而LGM時(shí)則相反，此時(shí)南極AIM升溫幅度相較MIS-3顯著降低（Capron et al，2010）。此外，一項(xiàng)最新的關(guān)于南極溫度與大氣CO2千年尺度變化的研究，使用統(tǒng)計(jì)分析的方法，發(fā)現(xiàn)AIM事件的升溫速率在MIS-3存在顯著的隨背景氣候變冷而降低的趨勢（Zheng et al，2021）。這一觀測與模型研究中發(fā)現(xiàn)的Bipolar Seesaw對(duì)氣候背景的敏感性一致（Kawamura et al，2017；Zhang et al，2017）。說明DO與AIM事件對(duì)氣候背景的變化是敏感的。

還有研究發(fā)現(xiàn)DO事件暖期的時(shí)長與該事件前的AIM溫度峰值線性相關(guān)（R2= 0.84 — 0.87，取決于所使用的南極冰芯記錄）（Buizert and Schmittner，2015）。DO事件暖期的時(shí)長極有可能由當(dāng)時(shí)的AMOC強(qiáng)度控制，而暖期時(shí)長與AIM溫度峰值之間的線性關(guān)系可能反映了AMOC強(qiáng)度與南極溫度之間的關(guān)聯(lián)（Buizert and Schmittner，2015）：首先，南極溫度能夠影響南極海冰的形成進(jìn)而調(diào)控AABW生成，而AABW與NADW形成了“Deep Water Seesaw”，即AABW生成的減弱會(huì)導(dǎo)致NADW生成量增加，反之亦然（Broecker，1998）。其次，AMOC強(qiáng)度與南北大西洋間的密度差密切相關(guān)（Kuhlbrodt et al，2007）。而南半球高緯度地區(qū)的升溫或淡水注入能夠降低南極中層水（Antarctic intermediate water，AAIW）的密度并通過增大南北大西洋間的經(jīng)向密度梯度進(jìn)而增強(qiáng)AMOC（Hughes and Weaver，1994）。第三，南極溫度可能反映了調(diào)控溫暖且高鹽度的海水自印度洋向南大西洋輸送的過程 —— 即Agulhas Leakage 的強(qiáng)弱。Agulhas Leakage 是 AMOC上支海水的主要來源，因此其強(qiáng)度對(duì)AMOC環(huán)流強(qiáng)度有重要影響（Garzoli and Matano，2011）。而Agulhas Leakage的強(qiáng)度主要受南半球西風(fēng)帶位置的控制。觀測數(shù)據(jù)表明DO冷期（或AIM升溫時(shí)期）時(shí)南半球西風(fēng)帶向南移動(dòng)（Markle et al，2017；Buizert et al，2018）。而模型研究表明：向南移動(dòng)的南半球西風(fēng)帶能夠增強(qiáng)Agulhas Leakage（Sijp and England，2008）。第四，南半球西風(fēng)帶控制的南大洋海水上涌能夠同時(shí)影響AMOC和南極溫度。在南大洋，NADW的上涌主要由南半球西風(fēng)帶驅(qū)動(dòng)（Toggweiler and Samuels，1995；Kuhlbrodt et al，2007）。模型研究表明：向北（向南）移動(dòng)的南半球西風(fēng)帶能夠?qū)е聹p弱（增強(qiáng)）的南大洋海水上涌并減少（增加）NADW在北大西洋的生成，進(jìn)而影響AMOC 強(qiáng)度（Toggweiler and Samuels，1995）。而南大洋上涌同時(shí)也控制了深海熱量的釋放并影響南極溫度（Skinner et al，2020）。

1.4 DO與AIM事件的全球響應(yīng)

DO事件對(duì)氣候的影響是全球性的。石筍氧同位素記錄了當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)強(qiáng)度變化。在使用U / Th絕對(duì)定年技術(shù)建立高精度年代框架的中國石筍季風(fēng)記錄中（圖1d），觀測到的弱季風(fēng)時(shí)期（weak monsoon interval）與 DO 事件冷期對(duì)應(yīng)（Wang et al，2001；Cheng et al，2016），反映了DO事件時(shí)期ITCZ位置的變化對(duì)低緯水循環(huán)的影響（Cheng et al，2016）。類似地，沖繩海槽中的花粉記錄了DO事件時(shí)期中低緯度地區(qū)的溫度變化（Xu et al，2013）。更多關(guān)于全球DO事件記錄的綜述可參考Clement and Peterson（2008）。

最近，有研究在南極冰芯中發(fā)現(xiàn)了DO事件的直接記錄。Buizert et al（2018）使用主成分分析方法對(duì)5個(gè)使用火山灰進(jìn)行同步的南極冰芯鉆孔的δ18O數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并從AIM信號(hào)中提取出了2個(gè)主要成分，其中主成分1約解釋了83%的數(shù)據(jù)方差，具有經(jīng)典的AIM事件的三角形形態(tài)，并且其轉(zhuǎn)折點(diǎn)落后格陵蘭DO氣候轉(zhuǎn)折點(diǎn)約200 a，因此該信號(hào)被認(rèn)為反映了通過Bipolar Seesaw作用在南極的海洋信號(hào)（Buizert et al，2018）。主成分2約解釋了13%的數(shù)據(jù)方差，其信號(hào)形態(tài)與格陵蘭DO信號(hào)高度相似。通過與氣候模型對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，冰芯中主成分2信號(hào)的空間分布特征與SAM（Southern Angular Mode）這一氣候模態(tài)在南極留下的信號(hào)高度重合，而SAM模態(tài)主要由南半球西風(fēng)帶的位置與強(qiáng)度控制。該結(jié)果說明DO事件信號(hào)能夠通過大氣環(huán)流直接影響南極氣候并被冰芯記錄保存下來（Buizert et al，2018）。

還有研究發(fā)現(xiàn)，全球的DO事件信號(hào)具有同時(shí)性。Corrick et al（2020）提取了末次冰期全球U / Th定年的石筍記錄中的DO事件信號(hào)，并對(duì)信號(hào)的年代進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果表明：石筍中DO信號(hào)與冰芯中DO信號(hào)無系統(tǒng)性時(shí)間差，確認(rèn)了DO信號(hào)的全球性與同時(shí)性（Corrick et al，2020）。

與DO事件類似，AIM事件也在全球氣候系統(tǒng)中留下了廣泛的記錄。例如：南半球在AIM事件期間記錄了與南極溫度變化形態(tài)類似的溫度波動(dòng)（Pahnke et al，2003；Martínez-Méndez et al，2010；Santos et al，2017）。這一信號(hào)可能與AIM事件時(shí)期由南半球西風(fēng)帶位置控制的繞南極環(huán)流的位置變化有關(guān)（Pahnke et al，2003）。

AIM事件還影響了北半球中低緯度地區(qū)。Barker and Knorr（2007）發(fā)現(xiàn)，在去除短周期信號(hào)后，格陵蘭冰芯中的粉塵濃度呈現(xiàn)出與南極溫度記錄高度相似的形態(tài)，其信號(hào)滯后南極信號(hào)約數(shù)百年。格陵蘭冰芯粉塵主要來自亞洲大陸中、東部的沙漠地帶（Biscaye et al，1997；Bory et al，2003），因此，Barker and Knorr（2007）認(rèn)為粉塵記錄中的AIM信號(hào)可能是通過與AIM溫度變化相關(guān)的大氣CO2濃度變化調(diào)控中低緯地區(qū)水汽輸送所致。

2 DO事件機(jī)制

DO事件時(shí)的溫度波動(dòng)被普遍認(rèn)為是由AMOC的強(qiáng)度變化引起的（Broecker et al，1985；Petersen et al，2013）。指標(biāo)與模擬研究表明，在地質(zhì)歷史時(shí)期AMOC存在3種穩(wěn)定的環(huán)流模式（Lynch-Stieglitz，2016）。其中AMOC的暖模式類似現(xiàn)今環(huán)流狀態(tài)，表現(xiàn)為強(qiáng)勁的經(jīng)向翻轉(zhuǎn)，NADW可深至4000 — 5000 m（圖2a）。而在AMOC冷模式下NADW深度減小至大約2000 m，并且其生成區(qū)南移（圖2b）。AMOC的關(guān)閉模式（圖2c）只發(fā)生在Heinrich Stadial時(shí)期（發(fā)生了Heinrich事件的DO事件冷期稱為Heinrich Stadial），此時(shí)翻轉(zhuǎn)環(huán)流近乎停滯。

圖2 AMOC模式示意圖Fig. 2 The illustration for AMOC modes

對(duì)北大西洋的AMOC動(dòng)力指標(biāo)（反映環(huán)流強(qiáng)弱，如231Pa /230Th）和水體混合指標(biāo)（反映不同水團(tuán)的混合比，如δ13C）的重建結(jié)果表明：MIS-3時(shí)AMOC的冷模式與DO事件冷期對(duì)應(yīng)，暖模式與DO事件暖期對(duì)應(yīng)（圖1b）（Burckel et al，2015；Henry et al，2016）。此外，AMOC的關(guān)閉模式被認(rèn)為只發(fā)生在Heinrich Stadial。例如：對(duì)大西洋（33°N）的231Pa /230Th的研究發(fā)現(xiàn)，MIS-3的Heinrich Stadial對(duì)應(yīng)231Pa /230Th值為0.095 ± 0.016，接近231Pa /230Th的產(chǎn)生速率，代表AMOC近乎停滯。而未發(fā)生Heinrich事件的MIS-3時(shí)期DO事件冷期對(duì)應(yīng)的Pa / Th值僅為0.0797 ± 0.0154（圖1c）（Henry et al，2016）。

DO事件期間使AMOC在不同狀態(tài)間切換的驅(qū)動(dòng)因素目前尚不明確。早在1961年，Stommel（1961）就提出AMOC的強(qiáng)度可能不穩(wěn)定，通過使用一個(gè)簡單的密度驅(qū)動(dòng)模型對(duì)AMOC進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)密度與熱量的微小輸入有可能徹底改變環(huán)流狀態(tài)。模型研究表明：向北大西洋高緯度地區(qū)注入淡水能有效降低AMOC強(qiáng)度，當(dāng)?shù)⑷胪Ｖ购驛MOC強(qiáng)度會(huì)在一定時(shí)間后恢復(fù)，進(jìn)而使北半球高緯氣候呈現(xiàn)類似DO事件的特征（Ganopolski and Rahmstorf，2001；Kageyama et al，2013）。Ganopolski and Rahmstorf（2001）使用中等復(fù)雜度的氣候模型（CLIMBER-2）模擬了以1470 a為周期向50° — 80°N注入少量淡水（30 cm · a-1）的情景，發(fā)現(xiàn)模擬的AMOC遲滯回線（hysteresis loop）在冰期邊界條件下非常狹窄，意味著此時(shí)AMOC易在多種不同狀態(tài)間切換；盡管模擬的格陵蘭溫度變化幅度略低于觀測值，但DO事件的多種特征，例如快速的升溫、DO事件暖期的緩慢降溫、暖期至冷期的突然降溫，以及南極溫度的緩慢變化等，都能在模型中觀察到。

2.1 陸地淡水注入與AMOC的聯(lián)系

雖然模型研究表明注入北大西洋的淡水能有效控制AMOC強(qiáng)度并使氣候產(chǎn)生類似DO事件的變化，但淡水的具體來源仍有爭議。長期以來，北美和亞歐大陸陸地冰蓋被認(rèn)為是主要水源（Birchfield and Broecker，1990；Marshall and Clarke，1999；Clark et al，2001）。Broecker et al（1990）提出了一種AMOC與冰蓋間相互作用的模型：DO事件暖期時(shí)強(qiáng)勁的AMOC帶來的熱量使得北半球高緯冰川融化，冰川融水注入北大西洋使得AMOC強(qiáng)度減弱（圖2a），而減弱的AMOC又使得北半球高緯地區(qū)降溫，冰川融水減少（圖2b），直至AMOC強(qiáng)度恢復(fù)，如此周而復(fù)始。

這一簡單模型得到了基于冰蓋模擬的北美勞倫泰德（Laurentide）冰蓋融水歷史重建研究的支持（Marshall and Clarke，1999；Clark et al，2001）。這些研究發(fā)現(xiàn)勞倫泰德冰蓋在過去60 — 22 ka發(fā)生過多次類似冰消期新仙女木事件（Younger Drays，YD）的淡水注入事件。這些淡水注入事件主要受勞倫泰德冰蓋南緣位置的控制，當(dāng)AMOC處于暖模式時(shí)，溫暖的氣候使得勞倫泰德冰蓋南緣向北收縮，此時(shí)冰蓋融水能夠向東注入哈德遜河（Hudson River）并注入北大西洋進(jìn)而減弱AMOC（圖3）；與之相對(duì)應(yīng)，AMOC的減弱伴隨著氣候變冷和勞倫泰德冰蓋南緣的南移。這將封閉冰川融水向東注入北大西洋的通道，為AMOC的強(qiáng)度恢復(fù)創(chuàng)造條件，此時(shí)融水向南注入墨西哥灣（圖3）。研究者認(rèn)為這一理論或許能夠解釋為何DO事件在中等全球冰量時(shí)最為活躍，因?yàn)榇藭r(shí)勞倫泰德冰蓋的南緣剛好位于43° — 49°N，能夠控制融水向東和向南出?？冢–lark et al，2001）。

但是，這一陸地冰蓋淡水注入模型受到了多項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)。首先，目前對(duì)LGM之前北美大陸淡水注入事件的研究仍相當(dāng)缺乏，不僅難以確定融水注入事件發(fā)生的年代和幅度，甚至對(duì)這些事件的判定也存在爭議（Condron and Winsor，2012）。此外，使用墨西哥灣中的浮游有孔蟲（foraminifera）δ18O和Mg / Ca重建的45 — 28 ka的5次融水注入事件均和DO事件暖期的年代不吻合（Hall et al，2006；Flower et al，2011）。再者，目前仍不清楚AMOC具體如何響應(yīng)陸源的淡水注入。一項(xiàng)高精度海洋學(xué)模擬研究表明：河口淡水注入北大西洋對(duì)AMOC的影響與理想淡水注入實(shí)驗(yàn)存在較大區(qū)別，某些河口的淡水注入對(duì)AMOC強(qiáng)度的影響十分有限，并且不同河口淡水注入的效果存在較大差異（Condron and Winsor，2012）。例如：對(duì)于相同的淡水注入量（5 Sv，1 Sv = 106m3· s-1），從圣勞倫斯河（St. Lawrence，圖3）注入北大西洋的淡水對(duì)AMOC強(qiáng)度的影響不超過15%；但從麥肯齊谷（Mackenzie Valley，圖3）注入北冰洋的淡水卻能減弱AMOC強(qiáng)度30%以上（Condron and Winsor，2012）。而Clark et al（2001）的模型卻忽略了后者的貢獻(xiàn)。

除了注入北大西洋的淡水外，注入北冰洋的淡水也可能對(duì)AMOC狀態(tài)造成巨大影響（圖3）。多個(gè)氣候模型都觀測到了AMOC對(duì)北冰洋淡水注入具有敏感性（Roche et al，2007；Condron and Winsor，2012）?；趯?duì)YD事件時(shí)北美冰蓋融水入海路徑的研究（Tarasov and Peltier，2005；Murton et al，2010），有研究提出了基于北冰洋淡水注入的DO事件模型（Wolff et al，2014）：強(qiáng)勁的AMOC造成的溫暖氣候增加了陸地冰蓋向北冰洋的淡水注入，這些淡水以海冰的形式途經(jīng)弗拉姆海峽（Fram Strait）進(jìn)入北歐海（圖3），有效降低了AMOC的強(qiáng)度并使得氣候變冷進(jìn)而減少了淡水注入，而這又為AMOC的增強(qiáng)創(chuàng)造了條件。不同于強(qiáng)調(diào)局部淡水注入的陸地冰蓋-北大西洋淡水注入模型，Wolff et al（2014）的模型更關(guān)注氣候系統(tǒng)的自然震蕩，認(rèn)為注入北冰洋的淡水量的緩慢變化就足以觸發(fā)AMOC的狀態(tài)切換。雖然DO事件時(shí)期北歐海的海冰活動(dòng)似乎支持該觀點(diǎn)（圖3）（Dokken et al，2013；Wolff et al，2014），但冰期時(shí)從陸地冰蓋向北冰洋緩慢注入的淡水是否存在仍缺乏地質(zhì)記錄支持，并且這一淡水注入對(duì)AMOC的實(shí)際作用仍需要更多模擬研究的探討。

圖3 冰期北美大陸冰蓋融水外流路線示意圖Fig. 3 The routes of North American ice sheet meltwater injection into the Atlantic

總之，用AMOC與陸地冰蓋間的相互作用來解釋DO事件機(jī)制的觀點(diǎn)中，冰蓋淡水注入的具體機(jī)制尚不明確。此外，有些研究發(fā)現(xiàn)為達(dá)到觀測到的DO事件溫度變化幅度，模型中的淡水注入量需要達(dá)到異常大的數(shù)值（Vellinga and Wood，2002）。導(dǎo)致淡水注入是否為DO事件的成因仍然存疑（Dokken et al，2013）。

2.2 冰架/海冰與AMOC的相互作用

由淡水構(gòu)成的冰山是另一個(gè)能夠影響AMOC強(qiáng)度的潛在因素。來自北大西洋和北歐海的沉積物記錄了多次發(fā)生在DO事件冷期的冰山流入北大 西 洋 的 事 件（Bond and Lotti，1995；Dokken and Jansen，1999；van Kreveld et al，2000）。但冰山到達(dá)的時(shí)間似乎晚于DO事件冷期的起始時(shí)刻（Bond and Lotti，1995；Dokken and Jansen，1999；van Kreveld et al，2000），說明冰山的崩塌更可能是DO事件冷期的結(jié)果而非成因（Barker et al，2015）。

為了解釋這一觀測現(xiàn)象，Petersen et al（2013）提出了一種新的DO事件機(jī)制。該研究認(rèn)為，冰期時(shí)達(dá)到臨界大小的冰架能夠通過促進(jìn)海冰的快速擴(kuò)張并隔絕海氣熱量交換，使北半球高緯地區(qū)快速降溫。同時(shí)擴(kuò)張的海冰能夠減弱AMOC并使得NADW的生成區(qū)南移。此時(shí)由于AMOC減弱，熱量開始在北大西洋中層積累。這一不穩(wěn)定的海水溫度層序容易發(fā)生翻轉(zhuǎn)，當(dāng)溫暖的海水翻轉(zhuǎn)到冰架下方時(shí)其釋放的熱量能使冰架破裂形成冰山，并使得氣候進(jìn)入溫暖的間冰階。之后冰架緩慢生長，直到再一次達(dá)到臨界大小并觸發(fā)海冰的快速擴(kuò)張（Petersen et al，2013）。盡管目前有大量指標(biāo)和模擬研究證實(shí)了AMOC的減弱確實(shí)能夠造成北大西洋中層的升溫（Rasmussen and Thomsen，2004；Shaffer et al，2004；Marcott et al，2011），但氣候模型尚無法很好地模擬冰架與AMOC間的相互作用，因此該模型尚缺乏足夠證據(jù)的支持。

2.3 基于AMOC多重穩(wěn)態(tài)的DO事件模型

眾多研究表明：AMOC能夠在多種均衡狀態(tài)間切換（Broecker et al，1985；Manabe and Broccoli，1985；Rasmussen and Thomsen，2004），但切換的驅(qū)動(dòng)力不一定是局部的淡水注入。例如：有模擬研究發(fā)現(xiàn)大氣CO2濃度變化可通過調(diào)控中美洲兩側(cè)的降水分布影響AMOC上支的鹽度，進(jìn)而導(dǎo)致AMOC在不同狀態(tài)間震蕩（Zhang et al，2017）。南極冰芯記錄表明：千年尺度上，大氣CO2在DO事件冷期緩慢上升，在DO事件暖期緩慢下降（Ahn and Brook，2008，2014）。Zhang et al（2017）通過在模型（comprehensive coupled climate model）中施加一個(gè)幅度類似觀測到的千年尺度CO2變化的線性CO2濃度變化，發(fā)現(xiàn)CO2的緩慢上升會(huì)使得東赤道太平洋（Eastern Equatorial Pacific）較西亞熱帶北大西洋（Western Subtropical North Atlantic）暖，導(dǎo)致了增大的緯向溫度梯度和增強(qiáng)的信風(fēng)強(qiáng)度以及跨中美洲的水汽輸送（從大西洋至太平洋）。這些變化使得亞熱帶北大西洋海表的鹽度增加進(jìn)而導(dǎo)致AMOC上支鹽度增大，使得AMOC有可能突然增強(qiáng)。而當(dāng)CO2下降時(shí)這些過程則發(fā)生反向變化，導(dǎo)致AMOC突然減弱（Zhang et al，2017）。而由于大氣CO2的千年尺度變化本身又可能由AMOC狀態(tài)控制，Zhang et al（2017）認(rèn)為DO事件可能起源于CO2與AMOC之間構(gòu)成的負(fù)反饋模型。

除此之外，北美勞倫泰德冰蓋的形態(tài)也可能通過改變極地射流（polar jetstream）的路徑以及北大西洋海冰分布觸發(fā)AMOC狀態(tài)的切換（Zhang et al，2014）。也有研究認(rèn)為AMOC的模式轉(zhuǎn)換可以由少量（0.05 Sv）的冰蓋融水注入觸發(fā)（Kawamura et al，2017）。這些研究都發(fā)現(xiàn)，AMOC的多重穩(wěn)態(tài)只能存在于中等冰期氣候背景下。這解釋了為何Bipolar Seesaw在中等冰期氣候下最為頻繁（Zhang et al，2014；Kawamura et al，2017；Zhang et al，2017）。但目前支持這些理論的觀測證據(jù)仍有限。

2.4 太陽輻射的驅(qū)動(dòng)

除了以上假說外，有研究嘗試用太陽輻射的驅(qū)動(dòng)來解釋DO事件的成因。DO事件疑似1470 a的周期是這一假說的突破口。Braun et al（2005）發(fā)現(xiàn)，盡管太陽活動(dòng)不存在1470 a的周期，但1470 a約為太陽活動(dòng)的DeVries-Suess和Gleissberg周期（分別為201 a和87 a）的整數(shù)倍。在一個(gè)中等復(fù)雜度的氣候模型（CLIMBER-2）中，Braun et al（2005）假設(shè)陸地冰蓋以201 a和87 a為周期向北大西洋50° — 70°N范圍內(nèi)釋放淡水。盡管每次注入大洋的淡水總量較少（10 mSv，1 mSv = 103m3· s-1），但Braun et al（2005）成功在模型中觀測到了以1470 a為周期的DO事件信號(hào)。Braun et al（2005）認(rèn)為，這一DO事件信號(hào)源于氣候系統(tǒng)對(duì)太陽輻射的非線性響應(yīng)，并表明觀測到的1470 a DO事件周期或許不需要以1470 a為周期的驅(qū)動(dòng)力。一項(xiàng)對(duì)北大西洋沉積物的研究為后者提供了佐證：Bond et al（2001）發(fā)現(xiàn)過去12 ka的百年尺度冰筏事件都與太陽活動(dòng)的減弱相對(duì)應(yīng)，而這些百年尺度氣候事件的幅度又呈現(xiàn)出約1500 a的周期。

然而，一項(xiàng)對(duì)格陵蘭GRIP冰芯10Be的研究表明：過去60 ka以來，DO事件的氣候轉(zhuǎn)折點(diǎn)并未伴隨顯著的10Be記錄變化（Muscheler and Beer，2006）。同時(shí)，諸多研究表明DO事件的1470 a周期可能并不存在（Ditlevsen et al，2007；Lohmann and Ditlevsen，2018）。因此，DO事件是否由太陽輻射驅(qū)動(dòng)仍需進(jìn)一步研究。

3 AIM事件機(jī)制

3.1 Thermal Seesaw模型

Thermal Seesaw模型是一個(gè)定量描述DO與AIM事件之間的溫度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型（Stocker and Johnsen，2003）。這一模型的構(gòu)建受到DO與AIM事件之間的形態(tài)和相位關(guān)系以及洋流熱量傳輸特性的啟發(fā)（Crowley，1992；Stocker and Johnsen，2003），并被廣泛用于描述DO事件期間南極的溫度變化。其方程為：ΔTS= ΔTN(e-t / τ- 1），式中ΔTS和ΔTN分別是南極升溫與格陵蘭降溫的幅度，t為DO冷期的時(shí)長，τ是系統(tǒng)的均衡時(shí)間尺度，通常被設(shè)為500 — 1500 a（Stocker and Johnsen，2003；Capron et al，2010）。

根據(jù)Thermal Seesaw模型，南極在DO事件冷期時(shí)的升溫曲線是指數(shù)型的，其升溫速率隨著時(shí)間的推移逐漸減低。這一點(diǎn)在MIS-3不明顯（Barbante et al，2006），可能是由于MIS-3的AIM事件持續(xù)時(shí)間較短。但在MIS-5時(shí)可以清晰地觀察到（Capron et al，2010）。值得注意的是，Stocker and Johnsen（2003）的模型假設(shè)了海洋熱庫的存在，這一熱庫通常被認(rèn)為是南大洋，且AIM信號(hào)相較DO事件信號(hào)更為緩慢的變化反映了南大洋的緩沖作用。但最近的模型研究表明：這一熱庫或不僅局限于南大洋，全球海洋都參與了熱量的積累和釋放過程（Pedro et al，2018）。

3.2 AIM事件的動(dòng)力學(xué)過程

在DO事件冷期，北半球高緯地區(qū)的氣候信號(hào)可通過海洋、大氣兩種途徑影響南極。一項(xiàng)對(duì)Bipolar Seesaw的模擬研究表明：在DO事件冷期，減弱的AMOC使得熱量積累在海洋熱庫中，同時(shí)減弱的北向熱量對(duì)流使得大西洋的熱量積累在南大西洋，這一熱量通過繞南極環(huán)流的北部邊界向東傳播。導(dǎo)致繞南極環(huán)流兩側(cè)的溫度梯度增加，使被湍流攜帶的跨繞南極環(huán)流的熱流量增加。到達(dá)繞南極環(huán)流南側(cè)的熱量可通過海冰與溫度、太陽輻射之間的正反饋機(jī)制提高當(dāng)?shù)販囟?，最終這一溫度異常通過大氣環(huán)流傳輸?shù)侥蠘O。這些過程在DO事件暖期反轉(zhuǎn)，造成南極降溫（Pedro et al，2018）。這些變化也在其他模型研究中得到了驗(yàn)證（Nielsen et al，2019），并得到了指標(biāo)研究的支持。例如：研究表明Heinrich Stadial-1時(shí)隨著AMOC的減弱，南大西洋有明顯的升溫，升溫幅度可達(dá)4℃ 左右（Barker et al，2009）。

另一方面，DO事件時(shí)期劇烈的溫度變化能夠改變?nèi)虻拇髿猸h(huán)流模式，使ITCZ南移，南半球西風(fēng)帶向南移動(dòng)并增強(qiáng)（Lee et al，2011）。Pedro et al（2018）發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)的南半球西風(fēng)帶能夠輔助跨繞南極環(huán)流的熱量輸送過程。此外，增強(qiáng)或向南移動(dòng)的南半球西風(fēng)帶至少部分解釋了DO冷期時(shí)上升的大氣CO2（Anderson et al，2009；Menviel et al，2018），而CO2的溫室效應(yīng)可能放大了AIM升溫幅度（Shakun et al，2012）。

3.3 南大洋深層熱量釋放

雖然Bipolar Seesaw現(xiàn)象能通過在氣候模型中向北大西洋施加理想的淡水強(qiáng)迫模擬，但通常模擬的南極升溫幅度只能達(dá)到觀測結(jié)果的約50%（Kageyama et al，2013；Pedro et al，2018）。Skinner et al（2020）認(rèn)為這可能是模型對(duì)深海熱量釋放的低估所致。Skinner et al（2020）使用浮游、底棲有孔蟲Mg / Ca指標(biāo)對(duì)Heinrich Stadial-4時(shí)南大洋的熱量、CO2釋放進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)DO事件冷期時(shí)南大洋表層水的升溫對(duì)應(yīng)著南大洋深海的降溫，兩者的溫度變化幅度均達(dá)到了1 — 2℃。同時(shí)南大洋深海14C記錄表明深海熱量的釋放對(duì)應(yīng)著深海通風(fēng)的增強(qiáng)，說明南大洋深海通風(fēng)至少貢獻(xiàn)了部分AIM升溫幅度。除AIM事件外，一項(xiàng)最新的關(guān)于地球冰期動(dòng)力學(xué)的研究表明：深海的熱量釋放或在冰消期的全球升溫中也起到了關(guān)鍵作用（Lai et al，2021）。

4 Bipolar Seesaw與大氣CO2濃度千年尺 度變化

大氣CO2的千年尺度變化與南極溫度波動(dòng)高度相似（Ahn and Brook，2008，2014）。因此，千年尺度CO2與南極溫的變化長期以來被認(rèn)為受控于相同的機(jī)制。大量指標(biāo)證據(jù)表明：在DO事件冷期，上升的大氣CO2可能主要來自南大洋深海（Chen et al，2015；Bauska et al，2018；Gottschalk et al，2019；Skinner et al，2020）。Bauska et al（2018）對(duì)南極Taylor Dome冰芯氣泡中的δ13C的研究表明：Heinrich Stadial-4時(shí)上升的大氣CO2與下降的δ13C相對(duì)應(yīng)，說明此時(shí)釋放的CO2來自陸地或海洋的有機(jī)碳源；而同一時(shí)期南大洋的溶解無機(jī)碳（dissolved inorganic carbon，DIC）中δ13C的梯度在減小，而陸地碳記錄卻未見相應(yīng)變化，說明此時(shí)的大氣CO2主要來源于南大洋深海（Bauska et al，2018）。

以14C為代表的南大洋通風(fēng)記錄表明DO事件冷期的深海CO2釋放與增強(qiáng)的南大洋通風(fēng)有關(guān)（Chen et al，2015；Gottschalk et al，2019）。Skinner et al（2020）發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)的南大洋對(duì)流能充分?jǐn)噭?dòng)南大洋，促進(jìn)大洋通風(fēng)、深海CO2和熱量的釋放。該研究通過一個(gè)支持同位素示蹤的模型模擬了增強(qiáng)的南大洋對(duì)流對(duì)南大洋通風(fēng)的貢獻(xiàn)以及對(duì)同位素記錄的影響。結(jié)果表明增強(qiáng)的南大洋對(duì)流能夠很好地解釋觀測到的深海溫度變化以及14C的變化。

南半球西風(fēng)帶是驅(qū)動(dòng)南大洋海水對(duì)流的重要驅(qū)動(dòng)力（Toggweiler et al，2006；Kuhlbrodt et al，2007），Menviel et al（2018）的模擬結(jié)果表明：增強(qiáng)的或是向南移動(dòng)的南半球西風(fēng)帶能夠同時(shí)解釋冰消期時(shí)觀測到的大氣CO2、深海14C和δ13C的變化。目前南半球西風(fēng)帶在DO事件期間的經(jīng)向移動(dòng)已得到了南極冰芯觀測數(shù)據(jù)的支持（Markle et al，2017；Buizert et al，2018）。這種移動(dòng)主要由北半球高緯氣候變化對(duì)大氣環(huán)流的強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)（Lee et al，2011；Buizert et al，2018）。

但風(fēng)力不是南大洋對(duì)流的唯一驅(qū)動(dòng)力，例如南極底層水（AABW）的生成也被認(rèn)為能夠充分?jǐn)噭?dòng)深海使得南大洋通風(fēng)增強(qiáng)（Menviel et al，2015）。增強(qiáng)的AABW生成也能使模擬的南極溫度變化幅度達(dá)到與實(shí)際觀測相當(dāng)?shù)乃?，同時(shí)增強(qiáng)的AABW生成還釋放出了南大洋深海的CO2，并且模擬的CO2變化幅度接近實(shí)際觀測值（Menviel et al，2015）。

但值得注意的是，雖然冰芯記錄中CO2與南極溫度的變化高度相似，但兩者并非完全一致。例如：有研究發(fā)現(xiàn)與MIS-5相比，MIS-3時(shí)CO2千年尺度波動(dòng)的峰值明顯滯后于對(duì)應(yīng)的AIM溫度峰值，這一滯后可長達(dá)千年，這一滯后主要是由DO事件冷—暖轉(zhuǎn)折時(shí)增強(qiáng)的AMOC將深海的CO2帶出導(dǎo)致CO2在南極已經(jīng)進(jìn)入AIM降溫相后仍繼續(xù)上升所致。之所以MIS-5未見類似的CO2上升可能是由于在MIS-5的DO事件冷期AMOC并未減弱到與MIS-3 DO事件冷期相當(dāng)?shù)乃剑瑢?dǎo)致CO2在深海的累積較少（Bereiter et al，2012）。

除此之外，在無Heinrich事件的DO事件冷期CO2的上升幅度相較Heinrich Stadial時(shí)并不顯著。例如：相較DO-4、DO-8和DO-12，DO-3、DO-4.1、DO-5、DO-6、DO-7和DO-9時(shí)的CO2上升幅度近乎為零。這一差異可能是由于南半球西風(fēng)帶對(duì)Heinrich Stadial和無Heinrich事件的DO事件冷期的差異性響應(yīng)所致（Ahn and Brook，2014），但具體成因目前尚且未知。說明與Bipolar Seesaw相關(guān)的物理機(jī)制還無法完全解釋千年尺度CO2的變化。

5 Bipolar Seesaw —— 今后的研究方向

本文歸納了國際上近年來關(guān)于DO、AIM事件以及Bipolar Seesaw的最新研究進(jìn)展。盡管目前國際上對(duì)于末次冰期Bipolar Seesaw現(xiàn)象的觀測研究已較為全面，但對(duì)于Bipolar Seesaw的機(jī)制以及Bipolar Seesaw與CO2之間的聯(lián)系目前仍有眾多未解之謎?；趯?duì)已有研究的歸納，本文認(rèn)為今后對(duì)Bipolar Seesaw的研究或許可以從以下幾個(gè)方向開展：

首先是對(duì)末次冰期外的Bipolar Seesaw進(jìn)行識(shí)別與精確定年。目前只有末次冰期的25次Bipolar Seesaw事件被精確識(shí)別并定年（Rasmussen et al，2014；Buizert et al，2015a）。而多個(gè)科學(xué)問題，例如解答DO事件是否是周期性的、DO事件的發(fā)生是否受外部驅(qū)動(dòng)力控制，目前都由于DO事件樣本數(shù)目有限而難以進(jìn)行可靠的數(shù)學(xué)分析和假設(shè)檢驗(yàn)。雖然有研究嘗試對(duì)末次冰期之外零星的Bipolar Seesaw事件進(jìn)行判別（例如基于海洋溫度記錄的研究，Margari et al，2010）。但目前尚缺乏對(duì)末次冰期之外的Bipolar Seesaw事件進(jìn)行系統(tǒng)性判別并精確定年的工作。而中低緯石筍能夠記錄DO事件，并且其年代可使用U / Th絕對(duì)定年方法精確測定（Wang et al，2001；Cheng et al，2016）。因此，通過對(duì)末次冰期外的石筍記錄進(jìn)行集成并判定DO事件的發(fā)生與具體年代不失為一個(gè)可行的方案。

其次是探究DO事件究竟是由局部的淡水注入驅(qū)動(dòng)還是起源于AMOC的自然震蕩行為。后者雖然包含了淡水直接注入北大西洋的情況，但也可能由低緯地區(qū)的氣候變化控制（Zhang et al，2017）。研究這一問題或可從重建陸地冰蓋融水記錄入手（Clark et al，2001），但不能忽視模型研究起到的越來越重要的作用（Condron and Winsor，2012）。

第三，厘定南大洋深海過程對(duì)AIM升溫的貢獻(xiàn)比例。目前，模擬研究中發(fā)現(xiàn)的AIM升溫機(jī)制（跨繞南極環(huán)流熱量輸送）無法完全解釋觀測到的AIM升溫幅度（Pedro et al，2018）。這可能是由于模型未能模擬南大洋深海的熱釋放（Skinner et al，2020）。因此，進(jìn)一步理解Bipolar Seesaw期間南北極遙相關(guān)的具體機(jī)制就需要對(duì)這一深海的熱量釋放進(jìn)行量化。

第四，研究南極溫度和大氣CO2對(duì)Heinrich事件差異性響應(yīng)的原因。目前已知大氣CO2濃度變化幅度在Heinrich事件時(shí)期明顯增大（Ahn and Brook，2014）。然而，觀測和模型研究卻發(fā)現(xiàn)南極溫度對(duì)Heinrich事件幾乎無響應(yīng)（Barbante et al，2006；Otto-Bliesner and Esther，2010）。這一CO2與南極溫度之間的差異與兩者由相同南大洋過程控制的假說不符。當(dāng)前學(xué)界對(duì)千年尺度CO2變化的機(jī)制，以及CO2的變化與Bipolar Seesaw的關(guān)系等問題仍處于爭論中，對(duì)該現(xiàn)象的研究或許是一個(gè)突破口。

第五，一項(xiàng)剛發(fā)表的研究認(rèn)為，是太平洋的融水事件引發(fā)了末次冰期的氣候變化（Walczak et al，2020），北太平洋的冰筏（Siku 事件）比北大西洋的冰筏事件（Heinrich事件）要早（平均約(1370 ± 550) a），因此認(rèn)為北大西洋融水事件驅(qū)動(dòng)北太平洋的是不可能的。這為千年尺度氣候事件的研究帶來了全新的視角，但Siku事件與北半球高緯氣候之間的互動(dòng)，以及與Bipolar Seesaw之間的聯(lián)系仍有待進(jìn)一步研究。