1000年前的太阳辐射
10.2.北半球冰盖对7月太阳辐射变化的反应的几个模型预测，冰盖应该在几千年前就开始增长了。
对太阳辐射变化的响应(第四章)。鉴于这种长期关系的证据，为什么不尝试用一个数学公式将两者联系起来呢?
对于他们练习中的“目标信号”，Imbries夫妇使用了海洋氧同位素记录，该记录提供了过去几十万年冰原大小的估计(第四章)。然而，即使在太阳辐射和冰体积信号中都存在相同的轨道周期，将两者联系起来并不像听起来那么容易。主要的问题是，10万年的冰体积变化信号比太阳辐射变化信号强得多，这种不匹配的原因还没有得到很好的理解。
建模练习的结果如图10.2所示。当因布里斯发表这些结果时，他们指出，他们的模型与冰盖过去的行为吻合得足够好，可以得出这样的结论轨道的变化应该把地球的气候带入raybet雷竞技最新下一个冰期在未来几千年(忽略当前和未来人类对温室气体的影响)。但从一个新的角度审视他们的结果，我意识到他们的模型揭示了一些他们忽视的东西。他们的模拟表明，电流间冰期应该在6000到5000年前达到顶峰，从那时起，气候系统应该慢慢地退回到新的冰川期。raybet雷竞技最新因布里夫妇有充分的理由忽略他们模型模拟的这一部分，包括他们试图匹配的冰体积目标信号上的温度叠加带来的并发症。
忽视过去5000年的模型模拟的最重要原因可能是没有形成冰川的简单事实。这将使模型模拟在这段时间内失败。但现在我从另一个角度来看这篇20年前的论文:过去5000年的模型模拟真的是正确的吗?这种表面上的“失败”是由于人类通过引入温室气体和停止模型模拟的冰川作用而推翻了气候系统的自然行为吗?raybet雷竞技最新从这个角度来看，英布里模型为我的观点提供了额外的支持，即新的冰川作用实际上已经过期了。
英布里夫妇的研究结果直接继承了米兰科维奇最初的研究结果尘封的理论．很久以前，他提出冰原的反应是如此迟缓，以至于其大小的变化比导致其生长或融化的夏季辐射的变化平均滞后约5000年。在冰原纬度地区，上一次夏季辐射峰值出现在1万年前，此后太阳辐射水平持续下降。考虑到米兰科维奇提出的5000年的滞后，冰盖应该在大约5000年前就开始增长了，就像英布里模型所显示的那样。
我还重新检查了其他气候模型的模拟结果，这些模型是在过去20年里开发出来的，用来模拟raybet雷竞技最新过去冰盖的趋势，然后利用地球轨道的已知变化将这些趋势预测到未来。其中一些(但不是全部)模型还预测，至少有少量的冰应该在过去几千年的某个时候开始形成。然而，科学界忽视了对冰川作用更新的模型模拟与没有冰盖形成的事实之间的基本差异。
将这些信息拼凑在一起，我提出了图10.3中的场景。8000年前，由raybet雷竞技最新于夏季强烈的太阳辐射和大量的自然温室气体，自然气候是温暖的。自那时起，夏季太阳辐射水平因应自然(轨道)的变化造成自然冷却。在过去的几千年里，这种冷却会
年前
10.3.几千年前，北半球的自然变冷趋势应该已经超过了开始新的冰川期的门槛，但人类增加的温室气体使气候保持温暖，避免了冰川期的开始raybet雷竞技最新新冰河期．
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10.3.几千年前，北半球的自然变冷趋势应该已经超过了开始新的冰川期的门槛，但人类增加的温室气体使气候保持温暖，避免了冰川期的开始raybet雷竞技最新新冰河期．
已经达到了可能发生冰川作用的阈值，但人类已经开始向大气中添加足够数量的温室气体，以保持气候足够温暖，以避免冰川作用。raybet雷竞技最新总的来说，在过去的5000年里raybet雷竞技最新，由于太阳辐射的变化，极地气候确实变冷了，但由于人类增加的温室气体，冰盖未能形成。在过去的两个世纪里，工业时代的排放使温室气体远远超过了可能发生冰川作用的温度。
我知道这个假设——加拿大东北部应该存在某种大小的冰盖——会引起争议和争议，于是我求助于我的老朋友约翰·库茨巴赫和他的同事史蒂夫·瓦鲁斯，试图用不同的方式验证这个想法。我们用库茨巴赫用来测试他的理论的同一种模型做了一个实验orbital-monsoon假说(第五章)，这个模型在三维空间中再现了地球气候对任何偏离其当前状态的影响的反应。现在的气候是模型中的基线状态，但raybet雷竞技最新在这样的实验中，它可以被改变。
我们的实验旨在回答两个简单的问题:如果大气中没有人类产生的温室气体，地球今天的温度会低多少?更具体地说，它是否冷到足以支撑加拿大或其他任何地方的新冰盖?在我们的实验中，我们只对基准状态做了一个改变，即从模型的大气中去除所有人为产生的温室气体。人类在工业时代之前产生的二氧化碳和甲烷(基于第八章和第九章所述的分析)，以及工业时代产生的额外气体，不仅包括二氧化碳和甲烷，还包括氯氟烃(来自制冷剂)和氮气化肥还有其他来源。
由此产生的模型模拟产生了略低于2°C的全球平均冷却。这是一个非常大的数字:平均而言，在最后一个冰期，地球只比现在低了5°C多一点。在我们的实验中，模拟的2°C冷却中，略低于一半是由去除前工业时代的气体引起的，略高于一半是由去除工业时代的气体引起的。在两个半球的高纬度地区，冷却量更大，特别是在冬季，模型模拟的雪和海冰范围的变化放大了冷却。所有大陆上最大的降温集中在北美中东部的哈德逊湾北部，年平均降温3-4°C，冬季降温5-7°C(图10.4)。
这样的深度冷却似乎有利于冰盖的生长，尽管在这个实验中使用的那种模型只能给我们一个关于冰是否真的生长的部分答案。该模型模拟了温度的变化，降水(雨或雪)，以及整个地球表面的海冰范围和厚度，以及覆盖大气中的风力和大气压力等特性。但在如此多的地区模拟如此多的变量是有代价的。该模型运行起来非常复杂和昂贵，以至于在任何一次实验中只能模拟几十年的地球气候反应。因此，经过数千年发展的非常缓慢的过程，包括冰盖的逐渐积累和融化，超出了这种模型的范围。
尽管如此，该模型还是给出了在任何特定区域是否可能形成冰的指示。它模拟了全年积雪(和海冰)的厚度，平衡了积雪的积累雪和冰在秋冬对抗着春夏的融化。关键问题是整个夏天是否会有积雪或海冰持续存在。如果是这样，下一个冬天的雪可以增加厚度，然后是下一个，下一个。随着时间的推移，这些雪原会合并并变成坚固的冰，标志着冰川作用的开始。
模型结果显示，地球上只有一个地区进入了“冰川初始”状态——巴芬岛，威廉姆斯建模研究的地点。如今，无论是在模型基线模拟还是在现实中，巴芬岛每年夏天平均有1到2个月无雪。但在剔除了人为产生的温室气体的模拟中，在巴芬岛高脊的一些地势较高的地区，雪现在全年都在持续(图10.4)。的
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- 10.4.在气候模型运行中，当人类产生的温室气体从大气中去除时，北美在冬季变得更冷，巴芬岛全年都在下雪，拉布拉多的高地上有11个月都在下雪。raybet雷竞技最新
模拟还显示，哈德逊湾以东的第二个地区更接近早期冰川作用的状态。在加拿大东部的拉布拉多地区，一个巨大的高原状地貌上升到海拔600米(2000英尺)。在基线运行中，这个高原每年夏天有2个月或更多的时间是无雪的，但在温室气体较低的运行中，只有8月份是无雪的。
如果你回头看图4.1所示的北美冰盖融化的地图，就会发现，这两个地区，而且只有这两个地区，处于或接近初始冰川作用的状态，这一事实非常具有启发性。巴芬岛是大冰原融化的最后一个地区，也是该模型模拟的第一个即将进入新的冰川周期的地区。拉布拉多高原是仅次于最后一个失去冰川覆盖的地区，模型模拟显示，它是下一个可能恢复冰川状态的地区。此外，温室气体水平较低的模型结果显示，哈德逊湾部分地区的海冰持续时间延长了一个月，仅在9月份消失，再次非常接近冰川作用所需的条件。这一模拟证实了一个假设，即如果不是人类和我们早期的温室气体排放，加拿大东北部至少有一小部分地区将处于早期冰川作用的状态。
尽管如此，最初我还是对这个模拟的结果感到失望。我告诉我的同事们，我希望我们能在这个实验中取得成功，因为有明确的迹象表明，在大范围的地区，冰川作用开始了，但一些局部地区的证据表明，整个夏天都在下雪，这感觉更像是在打内场单打。
然而，值得记住的是，我们用于这个实验的模型中缺少几个重要的过程。在北纬高纬度地区，气候驱动的植被变化提供了一个重要的正反馈，可以放大初始气候变化的规模。raybet雷竞技最新一个重要的变化与针叶林北部边界和无树苔原南部边界之间的边界转移有关。当这一边界降温时，森林向南退缩，被苔原取代。在这样的区域，呈深绿色，吸热森林的树冠取而代之的是明亮的白色，冰雪覆盖的苔原(主要是草地和低洼的灌木)。前进的苔原比它所取代的森林反射了更多的太阳辐射，因此该地区的温度会降低更多。这种增加的冷却反过来又有利于更厚的积雪在夏季持续更长的时间。我们的第一个实验没有包括这种积极的反馈。但是，其他实验的结果表明，图10.4所示的大规模降温将把苔原推向目前的极限以南，进一步冷却当地气候，并增加雪和海冰覆盖的范围和持久性。raybet雷竞技最新包括这些和其他反馈在内的未来运行可能会加强我们的结论，即加拿大东北部至少会出现小范围的冰川作用。
如果自然仍在控制，今天加拿大的冰盖会有多大，这个问题很难回答。巴芬岛是最有可能被冰川覆盖的地方，它的大小和尺寸与加利福尼亚州和俄勒冈州的总和相似，横跨相似的10°纬度范围。在模型实验中，拉布拉多的高原接近冰川状态，其面积相当于新英格兰和纽约州的总和。如果未来的实验表明，这两个地区都已经开始积聚冰，那么冰盖的范围将比巨大的冰期最大冰盖小得多，但却比现在格陵兰岛冰盖的面积大得多。小而又大，这取决于你怎么看。无论如何，这块大陆上有冰并且慢慢地向南部和西部扩张。
这种对过去几千年气候变化基本过程的重新解释，揭示了当前全球变暖政策辩论的一个方面。raybet雷竞技最新20世纪70年代，米兰科维奇关于轨道的逐渐变化控制着冰原的生长和衰变的理论得到了证实，这是气候科学最伟大的成功故事之一(第四章)。1980年，因布里斯的论文扩展了这些发现，表明下一个冰期“迫在眉睫”，也就是说，不超过一两千年。raybet雷竞技最新不幸的是，当时的一些科学家利用这些结果得出了一个错误的短期结论:他们推断，20世纪60年代和70年代全球气温的短暂稳定和轻微下降可能是一个新冰河期的开始。
到20世纪80年代，几十年来对大气中二氧化碳浓度上升的直接测量使大多数气候科学家相信，在不久的将来，二氧化碳的快速增加将是气候变化的一个更大的因素，而不是缓慢得多的轨道变化。raybet雷竞技最新结果，对短期变暖的担忧，而不是对长期变冷的担忧，开始成为讨论的主要内容，当时，这些讨论开始受到媒体前所未有的关注。有时，环保组织的发言人会对未来变暖可能产生的有害影响发表夸张、危言耸听的言论。
20世纪90年代，这些危言耸听的言论遭到强烈反对，人们怀疑科学界是否很好地掌握了这个问题的复杂性。从对未来冰川作用的预测到对未来热浪的警告的转变被(现在仍然是)引用为科学无能的一个例子。
这里总结的结果为这个问题提供了更广阔的视角。大多数科学家在20世纪70年代利用新证实的轨道理论推断冰川作用即将到来，显然是在缓慢轨道周期的长期背景下这样做的。他们认为新的冰川作用“迫在眉睫”，因为它将在几个世纪或几千年内到来，而不是明天。本章的重新解释表明，这些科学家中的大多数实际上低估了情况，而不是危言耸听。这里描述的发现表明，在过去的几千年里，地球应该经历了一次大的自然冷却，如果不是早期人类活动释放的温室气体，几千年前至少会开始一次小的冰川作用。下一次冰川作用并非“迫在眉睫”;它已经过期了。
另一方面，少数科学家过早地得出结论，认为20世纪60年代和70年代的轻微气候变冷是冰川作用的前兆，他们应该受到他们所受到的批评。他们完全错了。
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