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太古宙时期大气背景气压的气候效应

14、古生物、古地理与古环境 > 专题7：关键地质历史时期地球环境的演变

大气背景气压可以通过改变辐射强迫、大气环流、大气垂直温度廓线等多种方式影响全球气候。最近的研究表明，在太古宙时期（距今27-35亿年前），其大气背景气压可能只有现在的50%。同时，一个重要的问题是，在太古宙时期，太阳的亮度只有现在的75%-80%，但当时的地表温度却和现在相近，甚至可能比现在更为温暖，该问题被称为暗弱太阳问题。在本研究中，我们使用大气环流模式CAM3，耦合一个平板海洋模式，模拟大气背景气压、海洋热量输送以及温室气体含量对早期地球气候的影响。我们发现当大气背景气压下降时，由于压致增宽效应的减弱，温室效应也相应减弱。因此，我们认为如果太古宙时期的大气比现在更稀薄，则需要更强的海洋热量输送以及更多的温室气体才能维持一个较为温暖的气候。我们的模拟结果还表明，如果当时的太阳辐射为现在的75%，同时大气背景气压为现在的50%，则需要2倍于现在的海洋热量输送以及100倍于现在的CO2浓度，才能维持与现在相当的全球平均地表温度。如果将海洋热量输送固定为现在50%的水平，则需要200倍于现在的CO2浓度，才可以维持当时的气候不进入冰雪地球的状态。本研究有助于加深对暗弱太阳问题的认识，同时为进一步使用耦合大气-海洋环流模式对大气背景气压的气候效应进行模拟提供了基础。