第四纪地质与环境：第十一章 第四纪气候变迁及其动力机制-1

1、七、第四纪气候波动的动力因素（一）地球外来因素（二）地球内力因素（三）人文因素（一）地球外来因素1、太阳活动（1）太阳辐射的长期变化在地球形成的初期（45亿年前），太阳的辐射输出相当现代的70。（一）地球外来因素（2）太阳活动黑子、光斑，发生在光球表面。耀斑，发生在色球层。变化周期：101102年。如太阳黑子活动的周期有：11、22、80、180年色球 光球 （一）地球外来因素如果太阳辐射变化1，地面平均温度可变化1。太阳参数增加2，地面温度可能上升3；减少2，地面温度可能下降4.32、地球轨道参数的变化太阳辐射的天文控制地球今天围绕着太阳旋转的轨道不是永久的以20,000-400,000 y

2、ears的旋回变化 原因地轴倾斜Tilt 地球每年围绕太阳公转轨道的形状（一）地球外来因素（一）地球外来因素（1）黄赤交角Tilt ：变化在21392436。周期4万年。现今为2327。影响季节的气候变化。角度变小，极地变暖；反之，极地更寒冷。季节产生的原因地球自转轴相对围绕太阳旋转地球轨道面的倾斜Tilt or Obliquity季节存在的主要原因地轴倾斜的简单变化不倾斜, 太阳辐射总是在赤道上空没有季节变化不存在二至日和二分日90 倾斜, 太阳辐射正对极点终日黑暗终日白天极端地季节性倾斜增加在极地产生的效应更大的倾斜移动夏半球极地更对着太阳，冬季远离太阳增加季节的振幅相反，减少的倾斜减小季

3、节性地轴倾斜的变化效应倾斜变化在季节性的太阳辐射上产生长期变化特别是在高纬地区主要影响季节性倾斜增加放大季节性倾斜减少减小季节性地轴倾斜的长期变化倾斜变化不极端变化范围从22.5到24.5大行星的重力牵引倾斜变化周期41,000 years周期是规则的周期振幅对两半球影响相同（一）地球外来因素（2）偏心率：0.0050.06之间，现在0.0167。周期10万年和40万年。地球处在近日点和远日点的日照量的差别为7。季节产生的原因地球轨道偏心率Eccentricity是第二原因地球轨道不是完整的圆，而是椭圆形轨道形状受邻近星球重力引力的影响偏心率的变化地球轨形状一直在变化几近圆形更椭圆或偏心随着轴

4、长度变得不等，偏心率增加。当a = b, e = 0 轨道圆形。偏心率变化e 变化从0.005 到 0.0607今天 e is 0.0167偏心率的两个主要周期100,000 year 旋回 (四个周期混合)413,000 years其它所有相等更大的 e 导致更大的季节性e 效应变化两半球相等（一）地球外来因素（3）岁差：影响地球近日点的时间变化。周期2.1万年。现今的近日点为一月，10500多年后的近日点为七月。这样两半球的气候发生变化。围绕地轴二至点和二分点的岁差二至点和二分点通过时间变化的位置逐渐转移位置相对于地球的偏心轨道和它的近日点和远日点进动陀螺进动陀螺进动陀螺进动陀螺进动陀螺地

5、轴岁差除了围绕它的轴自转地球自转轴摇晃逐渐倾向不同的方向通过时间倾斜方向变化地轴岁差太阳和月亮的万有引力引起地球直径在赤道膨胀减慢地球旋转轴的转动引起地球旋转轴通过时间指向不同的方向一个循环路径需要25,700 years椭圆的岁差地球轨道旋转的椭圆形形状椭圆岁差比轴的岁差更慢二个运动都转移二至日和二分日的位置岁差地球的晃动和它的椭圆形轨道旋转产生二至日和二分日的岁差一个旋回需要 23,000 years在三维空间复杂的角运动的简化Summary围绕太阳的地球轨道逐渐变化导致太阳辐射量变化形成季节形成半球轴倾斜旋回是41,000 years岁差旋回是23,000 years偏心率变化在100,

6、000 years 和 413,000 years修改了岁差旋回的振幅地球轨道长期的变化几个世纪以来，已知围绕太阳的地球轨道并不固定在规则的周期变化地球、月亮、太阳和另外的星球之间的万有引力地球的倾斜角度变化轨道偏心率围绕椭圆轨道二至日和二分日的相对位置日射量的变化日射量是太阳辐射到达地球大气顶部轴的倾斜和偏心率变化修改岁差包含全部必需的计算日射量分布变化的信息在任何纬度或季节日射量通常被论证在冬至日和夏至日北半球夏季日照量日照量变化作为纬度的函数在低到中纬度地区存在强烈的 23,000 岁差符号高纬度夏季41,000 旋回高纬度冬季小振幅北半球冬季日照量与北半球夏季类似的模式在低到中纬度地区

7、强烈的23,000 岁差符号高纬度夏季41,000 旋回高纬度冬季小振幅 相反的季节的日照量季节的日照量趋向反方向变化都发生 12%的变化长期平均340 W m-2斜率 (41,000 year cycle)在低纬度地区不明显高纬度地区明显小振幅在高纬地区冬季更明显夏季变化超过冬季高纬地区年均日照量变化与夏季日照量异常有相同的标志冬季小是因为高纬地区没有日照Summary每月的季节性日照量变化受控于 23,000 年旋回在低和高纬度41,000 年旋回的影响在中和高纬地区更明显在 100,000 和 413,000 years没有日照量变化旋回偏心率对于季节变化的直接旋回是没有意义的仅仅对于修

8、改23,000旋回的振幅有意义偏心率在日照量的变化偏心率产生小的日照量变化在总能量上的变化在季节能上没有变化在日照量上的变化是由于e平均变化 0.2% 季节性的日照量变化是由于斜率和岁差平均变化 10%在气候记录变化的轨道尺度怎样能剥离包含多个轨道尺度旋回的记录不同旋回的效应加在变化的组合肉眼几乎是不可能的剥离这个组合符号错综复杂的组合旋回Add错综复杂的组合旋回Add错综复杂的组合旋回Add由于旋回的振幅通过时间的修改，地球的气候甚至是更复杂的时间序列分析时间序列分析习惯于剥离日照量的轨道尺度变化气候指标数据被收集标绘作为时间的函数要求精确的记录数据频谱分析被完成在气候变化的记录中发现旋回探

9、究这个数据集和正弦波函数的关系不同的波长能谱频谱分析产生能谱识别旋回的周期和强度正弦波的能谱线性谱实际资料的能谱实际上气候数据从不能是真正的正弦波不能产生线性谱揭示波动的时间“SPECTRUM” OF GLOBAL TEMPERATURE VARIABILITY（一）地球外来因素3、地外物撞击作用地球历史时期的陨石撞击与大陆分离和海底扩展联系。210Ma以来的9个撞击事件，其中5个与大陆分离的时间一致；6次与海底扩张的方向改变一致；1次（203MaBP）与大西洋海底扩张开始一致。（一）地球外来因素新生代以来的6次撞击都造成了全球环境的巨变。如65MaBP：恐龙绝灭，气候变化。34MaBP：南极发育冰川，哺乳动物更替。15MaBP：的气候变化。2.4MaBP：气候变化（二）地球内力因素1、海陆分布变化影响海陆之间的热力平衡。冬、夏季的温差更大。降雨的格局也发生变化。德雷克海峡通道的打开25-20 Ma南美和南极洲之间的海沟打开使得南极绕极流形成 allowed start of ACC之前来自北部的暖流保持南