古气候学的研究开始于二十世纪80年代,但是由于数据的缺乏和研究手段的限制,在最初的十多年时间中,几乎没有实质性的进展。2000年后,随学科交叉和研究手段的不断进步,特别是近年来北冰洋海冰的不断衰退给研究北极地区提供了更多的机会。两极地区洋流和海冰分布特征能够表征全球气候的演变过程。将数值模拟与两极地区地质学和古生物学研究结合起来反演地球气候的发展史,是目前国际上气候学研究和极地研究的重要方向。本文基于“海洋-大气-海冰”之间的动力学和热力学关系,模拟末次盛冰期(约20000年前)的北半球高纬地区大洋环流和海冰分布,不但能够对处于冰期的北极地区流场和海冰分布有全面的认识,而且对“海-气-冰”耦合理论的发展也具有一定的推动作用。本文采用“北大西洋和北冰洋冰-海模式”(NAOSIM),综合考虑大气强迫、海陆分布变化、地表径流、初始物理场以及海洋边界等因素的影响,模拟区域内的环流和海冰分布特征。模拟结果显示:在末次盛冰期,北极地区洋流结构与现在完全不同。在海冰和冰川的包围下,只通过弗拉姆海峡与北大西洋相通。在冰层的覆盖下,大气与海洋之间的动量通量和热通量几乎被完全阻隔,表层环流结构主要受位涡守恒机制的影响。同时,地表径流、海冰和北大西洋海水的温盐特性对北冰洋环流也能够造成影响。弗拉姆海峡表层水被北冰洋表层水团控制,在质量守恒和海水层化机制的控制下,除了一小部分参与海冰的热力学过程,北冰洋沿岸的地表径流全部通过东格陵兰洋流进入北欧海。在次表层和中层,北大西洋海水进入北冰洋在西伯利亚海域受地形抬升进入表层环流。北欧海洋流结构也主要处于位涡守恒控制下。北冰洋地表径流和北大西洋水的温盐特性的改变,都会对它产生影响。北欧海盆东、西两侧受“挪威-北冰洋”暖流和东格陵兰寒流影响;在海盆中央,海水从表层到海底混合均匀,表现出一致的温盐特性,但是这一区域存在明显的季节变化。末次盛冰期,北冰洋海域被平均厚度15m的多年冰所覆盖,没有季节变化。海冰厚度的分布与径流影响范围有很高的相似度。弗拉姆海峡海冰受到洋流和大气环流的共同影响,在秋冬季快速增长,夏季出现破裂。北欧海内的海冰受海流影响明显,从西向东,密集度表现出不同的特点。在东格陵兰洋流的驱动下,北冰洋海冰沿北美大陆架被输运到拉布拉多海。古海洋研究没有实测数据作为参照,主要通过沉积物、冰心和冰川痕迹提供的信息来间接印证。通过比对,现有的北极地区古生物学和地质学证据能够很好的吻合文章中NAOSIM模拟结果。