К теории климата плиоцена – плейстоцена и голоцена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе делается попытка объяснить главные особенности динамики планетарного климата за последние ~5 млн л. – общее похолодание от плиоцена к плейстоцену, преимущественные вариации климата с периодичностями 100, 41, 23–19 тыс. л. и сплошной характер спектра. В результате показано, что снижение температуры обусловлено монотонным снижением концентрации СО2 на протяжении кайнозойской эры. Это привело к перестройке преимущественной ритмичности климата от 41 к 100 тыс. л. с увеличением амплитуды колебаний и появлению оледенений. Циклы в 41, 23 и 19 тыс. л. связаны с вариациями положения планеты на орбите и вытянутостью ее орбиты. За счет стохастического резонанса внутренней изменчивости и вариаций эксцентриситета возникают 100-тысячелетние ритмы. Сплошной спектр колебаний отражает перенос энергии по спектру от энергонесущего диапазона за счет прямого каскада, имеющего колмогоровский характер. Одновременно возможен и перенос энергии в низкочастотную область (обратный каскад), связанный с эффектом броуновского процесса. Изменения климата в диапазоне “вековых” масштабов вызываются радиационными форсингами, а также связаны с поступлением энергии с двух сторон, со стороны медленных и быстрых процессов. В первом случае это перенос со стороны энергонесущих циклов Миланковича, во втором – накачка со стороны высоких частот. Поэтому эти вариации, в определенном смысле, наиболее сложны для причинно-следственного анализа. Особняком стоят входящие в диапазон столетних вариаций колебания Дансгора–Оешгера и Хайнриха, имеющие специфическую океанически – ледниковую природу.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Кислов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет

Автор, ответственный за переписку.
Email: avkislov@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 207 с.
  2. Голицын Г.С. Статистика и динамика природных процессов и явлений. Методы, инструментарий, результаты. М.: Красанд, 2013. 400 с.
  3. Демченко П.Ф., Кислов А.В. Стохастическая динамика природных объектов. Броуновское движение и геофизические примеры. М.: ГЕОС, 2010. 190 с.
  4. Кислов А.В. Амплитуда и периодичность колебаний глобального климата // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 1981. № 2. С. 26-30.
  5. Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. М.: Постмаркет, 1999, 350 с.
  6. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. Глава 1 / А. С. Гурвич, А. И. Кон, В. Л. Миронов, С.С. Хмелевцов. М.: Наука, 1976. С. 7-55.
  7. Сидоренков Н.С. Атмосферные процессы и вращение Земли. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. 365 с.
  8. Anderson D.M., Tardif R., Horlick K., Erb M.P., Hakim G.J., Noone D., Perkins W.A., and Steig E. Additions to the Last Millennium Reanalysis Multi-Proxy Database // Data Science Journal. 2019. Vol. 18. No. 1. P. 2. https://doi.org/10.5334/dsj-2019-002
  9. Beghin P., Charbit S., Combourieu-Nebout N., Christine H., Dumas C., Petterschmitt J.-Y., and Kageyama M. What drives LGM precipitation over the western Mediterranean? A study focused on the Iberian Peninsula and northern Morocco // Climate Dynamics. 2015. Vol. 46. No. 7. P. 2611-2631. https://doi.org/10.1007/s00382-015-2720-0
  10. Berger A. Long-term variations of daily insolation and Quaternary climatic changes // Journal of the Atmospheric Sciences. 1978. Vol. 35. Iss. 12. P. 2362-2367. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1978)035<2362:LT-VODI>2.0.CO;2
  11. Berger A. and Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quaternary Science Reviews. 1991. Vol. 10. Iss. 4. P. 297-317. https://doi.org/10.1016/0277-3791(91)90033-Q
  12. Braconnot P., Marzin C., Grégoire L., Mosquet E., and Marti O. Monsoon response to changes in Earth’s orbital parameters: comparisons between simulations of the Eemian and of the Holocene // Climate of the Past. 2008. No. 4. P. 281-294. https://doi.org/10.5194/cp-4-281-2008
  13. Brierley C.M., Zhao A., Harrison S.P., Braconnot P., Williams C.J.R., Thornalley D.J.R., Shi X., Peterschmitt J.-Y., Ohgaito R., Kaufman D.S., Kageyama M., Hargreaves J.C., Erb M.P., Emile-Geay J., D’Agostino R., Chandan D., Carré M., Bartlein P.J., Zheng W., Zhang Z., Zhang Q., Yang H., Volodin E.M., Tomas R.A., Routson C., Peltier W.R., Otto-Bliesner B., Morozova P.A., McKay N.P., Lohmann G., Legrande A.N., Guo C., Cao J., Brady E., Annan J.D., and Abe-Ouchi A. Large-scale features and evaluation of the PMIP4-CMIP6 midHolocene simulations // Climate of the Past. 2020. Vol. 16. P. 1847-1872. https://doi.org/10.5194/cp-16-1847-2020
  14. Crowley T.J. Causes of Climate Change Over the Past 1000 Years // Science. 2000. Vol. 289 Iss. 5477. P. 270-277. https://doi.org/10.1126/science.289.5477.270
  15. Dobrovolski S.G., Yushkov V.P., Vyruchalkina T.Yu., and Sokolova O.V. Are there fundamental laws in hydrology? // Pure and Applied Geophysics. 2022. Vol. 179. Iss. 4. P. 1475-1484. https://doi.org/10.1007/s00024-022-03003-1
  16. Dommenget D., Latif M. Analysis of observed and simulated SST spectra in the midlatitudes // Climate Dynamics. 2002. No. 19. P. 277-288. https://doi.org/10.1007/s00382-002-0229-9
  17. Franke J., Brönnimann S., Bhend J., and Brugnara Y. A monthly global paleo-reanalysis of the atmosphere from 1600 to 2005 for studying past climatic variations // Scientific Data. 2017. No. 4. 170076. https://doi.org/10.1038/sdata.2017.76
  18. Ganopolski A. and Calov R. The role of orbital forcing, carbon dioxide and regolith in 100 kyr glacial cycles // Climate of the Past. 2011. No. 7. P. 1415-1425. https://doi.org/10.5194/cp-7-1415-2011
  19. Hall A. and Manabe S. Can local linear stochastic theory explain sea surface temperature and salinity variability? // Climate Dynamics. 1997. No. 13. P. 167-180. https://doi.org/10.1007/s003820050158
  20. Hasselmann K. Stochastic climate models. Part I. Theory // Tellus. 1976. Vol. 28. Iss. 6. P. 473-485. https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x
  21. Hays J., Imbrie J., and Shackleton N. Variation in the Earth’s orbit: pacemakers of the ice ages // Science. 1976. Vol. 194. Iss. 4270. P. 1121-1132. https://doi.org/10.1126/science.194.4270.112
  22. Huybers P.J. and Curry W. Links between annual, Milankovitch and continuum temperature variability // Nature. 2006. No. 441. P. 329-332. https://doi.org/10.1038/nature04745
  23. Kageyama M., Harrison S.P., Kapsch M.-L., Lofverstrom M., Lora J.M., Mikolajewicz U., Sherriff-Tadano S., Vadsaria T., Abe-Ouchi A., Bouttes N., Chandan D., Gregoire L.J., Ivanovic R.F., Izumi K., LeGrande A.N., Lhardy F., Lohmann G., Morozova P.A., Ohgaito R., Paul A., Peltier W.R., Poulsen C.J., Quiquet A., Didier M., Roche D.M., Shi X., Tierney J.E, Paul J., Valdes P.J., Volodin E.M., and Jiang Zhu J. The PMIP4 Last Glacial Maximum experiments: preliminary results and comparison with the PMIP3 simulations // Climate of the Past. 2021. Vol. 17. P. 1065-1089. https://doi.org/10.5194/cp-17-1065-2021
  24. Kislov A.V. Astronomical forcing and mathematical theory of glacial-interglacial cycles // Climate of the Past Discussions. 2009. No. 5. P. 327-340. https://doi.org/10.5194/cpd-5-327-2009
  25. Lourens L.J., Becker J., Bintanja R., Hilgen F.J., Tuenter E., van de Wal R.S.W., and Ziegler M. Linear and non-linear response of late Neogene glacial cycles to obliquity forcing and implications for the Milankovitch theory // Quaternary Science Reviews. 2010. Vol. 29. Iss. 1-2. P. 352-365. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2009.10.018
  26. Lovejoy S. Weather, Macroweather and the Climate. Oxford Univ. press. 2019. 347 p.
  27. Lovejoy S. The Half-order Energy Balance Equation, Part 1: The homogeneous HEBE and long memories // Earth System Dynamics. 2021. No. 12. P. 1-18. https://doi.org/10.5194/esd-12-469-2021
  28. Lovejoy S. Fractional relaxation noises, motions and the fractional energy balance equation // Nonlinear Processes in Geophysics. 2022. No. 29. P. 93-121. https://doi.org/10.5194/npg-29-93-2022
  29. Mann M.E. On long range dependence in global surface temperature series // Climatic Change. 2011. No. 107. P. 267-276. https://doi.org/10.1007/s10584-010-9998-z
  30. Mitchell J.M. An overview of climatic variability and its causal mechanisms // Quaternary Research. 1976. Vol. 6. Iss. 4. P. 481- 493. https://doi.org/10.1016/0033-5894(76)90021-1
  31. Mukhin D., Gavrilov A., Loskutov E., Juergen Kurths J., and Feigin A. Bayesian Data Analysis for Revealing Causes of the Middle Pleistocene Transition // Scientific Reports. 2019. No. 9. 7328. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43867-3
  32. Ou H.-W. A theory of abrupt climate changes: their genesis and anatomy. EGUsphere [preprint], 2022. https://doi.org/10.5194/egusphere-2022-208
  33. Rousseau D.-D., Bagniewski W., and Ghil M. Abrupt climate changes and the astronomical theory: are they related? // Climate of the Past. 2022. No. 18. P. 249-271. https://doi.org/10.5194/cp-18-249-2022
  34. Tan N., Ladant J.-B., Ramstein G., Dumas C., Bachem P., and Jansen E. Dynamic Greenland ice sheet driven by pCO2 variations across the Pliocene Pleistocene transition // Nature Communications. 2018. No. 9. P. 4755. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07206-w
  35. Tzedakis P.C., Crucifix M., Mitsui T., and Wolff E.W. A simple rule to determine which insolation cycles lead to interglacials // Nature. 2017. No. 542. P. 427-432. https://doi.org/10.1038/nature21364
  36. Venti N.L., Billups K., and Herbert T.D. Increased sensitivity of the Plio-Pleistocene northwest Pacific to obliquity forcing // Earth and Planetary Science Letters. 2013. Vol. 384. P. 121-131. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.10.007
  37. Wunsch C. The spectral description of climate change including the 100 ky energy // Climate Dynamics. 2003. No. 20. P. 353-363. https://doi.org/10.1007/s00382-002-0279-z
  38. Zachos J., Pagani M., Sloan L., Thomas E., and Billups K. Trends, rhythms, and aberrations in global climate 65 Ma to present // Science. 2001. Vol. 292. Iss. 5517. P. 686-693. https://doi.org/10.1126/science.1059412
  39. Zhu F., Emile-Geay J., McKay N.P., Hakim G.J. Khider D., Ault T.R., Steig E.J., Dee S., and Kirchner J.W. Climate models can correctly simulate the continuum of globalaverage temperature variability // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2019. Vol. 116. Iss. 18. P. 8728-8733. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1809959116

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Аномалии инсоляции на ВГА (Вт/м2 ) для 6 (а) и 127 (б) тыс л. н. На оси абсцисс – номера месяцев, на оси ординат – синус широты (Южное полушарие <0). Расчеты проведены на основе алгоритмов и программ, представленных в (Berger, 1978).

Скачать (642KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Аномалии инсоляции на ВГА (Вт/м2 ) за последние 21 тыс. л. (ось ординат; 0 – настоящее время). На оси абсцисс – номера месяцев. Расчеты проведены на основе алгоритмов и программ, представленных в (Berger, 1978).

Скачать (445KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры флуктуаций температуры в разных диапазонах изменчивости. S – функция спектральной плотности (в относительных единицах, в логарифмическом масштабе), f – частота (1/год, в логарифмическом масштабе). Сплошные линии – спектры по данным палеореконструкций (см. табл. 1). Точечным красным и штриховым голубым пунктиром (две ветви в низкочастотном диапазоне) показана обобщенная линия, составленная из отрезков с указанным значением коэффициента k = 2, 0.6, 2, 1.67 (см. табл. 1). Годовой цикл отфильтрован.

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах