氷床の存在の有無が, 大気による熱と水蒸気の輸送にどう影響するか調べよう. 大気にとって重要となる氷床の役割は, (1)高いアルベド, (2)高い高度(3000 m 級) の地面の2つである.
最終氷期, とくに18000年前の氷床や植生, 海面温度の分布は, 海底コアの研究や, 氷河地形, 花粉分析, 陸上堆積物の研究によりCLIMAP( 1976, 1981)によりまとめられた. 北米や北欧に氷床が存在していたため, 現在より150 m も海面が低く, 陸上には 草原や砂漠が多かった. また, この氷期の大気中の二酸化炭素量が現在の3分の2 程度と少なかったことが氷床コア解析から発見された( Neftelら, 1982).
この氷期の気候がどのように維持されていたのかを調べる大気大循環モデル(A-GCM) による数値実験は、 Williamsら(1974)をはじめいくつも あるが、その多くは微化石などから推定された海面水温を境界条件として与えた実験 であり、地上気温は海面水温の影響を強く受ける。気候感度という観点で重要なのは 海面水温がどのように決まるかであり、そのためにはなんらかの海のモデルが必要で ある。 Manabe and Broccoli(1985a, 1985b), Broccoli and Manabe (1987)は 「銅板」型の海洋混合層モデルを結合させたA-GCMで、氷期の氷床と陸の地表面状態 を与えて, 得られた(季節変化を含む)統計的定常状態と, 地質学的復元とを比較して みた。境界条件の与えかたの違ういくつかの実験をしている( 表4)。主な結論は, 氷期の北半球の寒冷な気候の 維持は氷床があることでおよそ説明できるが, 南半球の寒冷な気候は大気中の 二酸化炭素が少なかったという条件を入れないと維持されないということである( 表5). 北半球内ではアルベドが高く日射の吸収が 少ない分, 低温で長波放射射出が少ないことでエネルギーはほぼバランスしたの である.
北半球の大気循環は氷床の影響をどのように受けただろうか. 北米氷床の風下にある 北大西洋では海氷が広がり海面水温が冬に現在より10度近く下がったことが知られて いる. これは, 氷床の存在により大気の循環場が変わったことである程度説明がつく. GCMにおける氷床は,大気の下部境界条件として与えられる「氷」の「山」であるが, 北半球の大気の循環場は, この「山」によって励起された停滞波(stationary wave) によって現在と異なるものになったのである. 図32(a)は, 300mb面のジオポテンンシャルの 停滞渦成分(時間平均場のうち、東西平均を除いたもの)の、氷床のある実験から 氷床なしの実験の場をひいた差を示した. Cook and Held(1988)は 2層線形力学モデルでも同様の結果を示した. この停滞波にともない, 北米氷床の 北と南に偏西風ジェットが分流する.北側ジェットに対応して, 氷床の北側から, 北大西洋に冷たい北東の風が吹き込み, 北米氷床の東岸からも北西の斜面下降風 (カタバ風)が冷たく吹き出し, この結果北大西洋の海面が冷えたと考えられる. 氷床の存在によって, 北半球の大気循環パターンの分布が現在と異なる様相を示し, さらに気温分布も変えられたのである.
また, 降水量分布も氷床の存在によって影響を受けるようだ. 冬季の南側ジェットの 下層では温帯低気圧が発達しながら東に進み, 北米から北欧の氷床の南側の縁に かけて, 雪を降らせている. 図32(b)には, 現在に比べて氷床のある場合には 氷床の南の縁に当たる地域で冬の降水量が増加することが示されている. この モデルの結果は, 氷床によってもたらされた降水量分布が氷床の維持に好都合 (正のフィードバック)になっているようである. Schlesinger(1984)が指摘する ように, GCMは未だ, 極域や氷床域における水蒸気輸送や降水, 地表熱収支や温度場 の再現は低・中緯度よりも悪く, このような議論に耐え得るかは疑問であるので, 今後の研究が待たれる.