米兰科维奇理论即是从全球尺度上研究日射量与地球气候之间关系的天文理论。该理论认为，北半球高纬夏季太阳辐射变化（地球轨道偏心率、黄赤交角及岁差等三要素变化引起的夏季日射量变化）是驱动第四纪冰期旋回的主因。这个理论的核心是单一敏感区的触发驱动机制，即北半球高纬气候变化信号被放大、传输进而影响全球。

古气候变化一般被划分成3个时间尺度:构造尺度、轨道尺度和亚轨道尺度，并且每个时间尺度变化各有不同的驱动机制。相比而言，轨道尺度气候变化机制的研究最为深入，这是因为轨道尺度气候变化具有明确的驱动力，即太阳系各星体作用于地球的引力场的周期性摄动，及由此引起的地球轨道参数的周期性变化和到达地球大气圈顶部太阳辐射能量配置的周期性改变。相对气候系统而言，此作用为“外强迫”（ external forcing） ，并可在数学上得到较为精确的计算结果。

米兰科维奇，米留廷（1879-1958），南斯拉夫气候学家，他提出了地球冰期循环是地球轨道变化改变了季节之间的热平衡而引起的理论。

气候变化存在着三个天文周期：每隔2万年，地球的自转轴进动变化一个周期（称为岁差）；每隔4万年，地球黄道与赤道的交角变化一个周期；每隔10万年，地球公转轨道的偏心率变化一个周期。

米氏理论的起点是天文因素变化导致的地球轨道三要素（偏心率、地轴倾斜度、岁差）的周期性变化。地球轨道变化进一步引起地球大气圈顶部太阳辐射纬度配置和季节配置的周期性变化，从而驱动气候波动。但必须指出，如果将一年内大气圈顶部接受的太阳辐射沿不同纬度及不同季节加和的话，则不管轨道要素如何变化，其总量总是基本不变的，而变化的只是其纬度分配和季节分配。这就面临一个核心问题:地球轨道怎样的配置才有利冰期气候的出现? 对此，米兰科维奇的回答是，当地轴倾斜度减小，北半球夏季地球处在远日点时有利于冰期气候的出现。可以看出，这样的轨道要素配置将导致北半球高纬区夏季太阳辐射量的减小。因此，米氏理论可以概括为: 65°N附近夏季太阳辐射变化是驱动第四纪冰期旋回的主因。

因此，米氏理论有3个关键词，分别为北半球、高纬度、夏季。米氏理论的核心是强调了一个敏感区，即北半球高纬区。此区夏季太阳辐射量的减小将触发冰期气候。因此， 可视其为单因素触发模型（ single forcing trigger model） 。敏感区内气候变冷后，由于冰雪的高反照率，其信号被进一步放大、传输，进而影响其他地区。米兰科维奇本人在轨道参数变化、太阳辐射能量变化计算的基础上，着重强调了触发机制和冰盖的信号放大机制，但他并没有说明北半球高纬度信号通过什么机制被传输（propagation）到其他地区以至实现全球耦合的。这方面工作从20世纪80年代以来，由其他科学家完成。其中最引人瞩目的是强调大气CO2浓度变化和温盐环流变化对北半球高纬信号的传输作用和两半球气候变化的耦合作用。因此，在某种程度上可以这样说，完整的米氏理论是古气候学家集体劳动的成果。

总的看来，着重于解决第四纪冰期旋回动力机制的米氏理论由触发机制、放大机制、传输机制和全球耦合机制这4个部分组成。长期以来，古气候学家在解释古气候记录时，也往往从这个框架出发。因此，米氏理论事实上为古气候学家提供了一种研究范式。

米氏理论之所以能逐渐被接受，主要归功于可用来研究古气候变化的地质资料的获得，其中包括深海岩芯、珊瑚礁、花粉、树木年轮、冰芯等。20世纪60年代，在巴巴多斯岛、夏威夷和新几内亚进行的珊瑚礁研究表明，在距今约8万年、10. 5万年和12. 5万年时期，冰原尺寸缩小，海平面上升到较高水平，且存在一个2. 0～2. 5万年的周期，这与米兰科维奇计算的冰川曲线结果一致。另外，Emilinani从深海岩芯得到的主要反映冰原尺寸变化的氧同位素记录也提供了此类信息。CL IMAP计划，结合几种定年技术，采用功率谱分析等数学方法进行的研究表明，至少地球气候变化的某些周期类型与地球轨道变化有关。1978年， Pi2sias从深海岩芯中测量了碳酸钙、硅、浮游动植物残骸在巴拿马盆地的累积率。硅的累积率反映近地表特殊类别的生物群落的大小，其值随着气候变化而增加或减小。碳化率则反映了底层水对累积的碳酸盐的溶解能力。Pisias通过功率谱分析，从整个气候记录中抽取最强的周期特征，发现碳酸盐和硅的累积率分别表现出一个2. 3万年和10万年周期，与岁差周期和轨道偏心率周期接近。另外，这些周期也出现在另一站点岩芯的氧同位素记录中。应当指出的是， 在此类研究中， 最具可信度的要属Hays等的研究，他们获取了跨度为45万年的深海岩芯记录，发现了2. 3万年、4. 2万年和10万年周期的气候变化；并认为，在过去的35万年里，这些周期一般来说都与适当的轨道周期步调一致。至此，越来越多的证据支持米氏理论，地球轨道变化影响气候的观点开始被接受。 最近，在10万到百万年时间尺度上的古气候研究中，有若干重要的发现。1999年， Petit等在《自然》杂志上发表了南极东方站过去42万年大气和气候变化的历史资料，涵盖了最近的4个冰期—间冰期旋回；EP ICA （ European Project for Ice Coring in Antarctica）更将气温距平资料扩展到涵盖最近8个冰期—间冰期旋回的74万年。另外，格陵兰、南极富士丘穹以及我国的古里雅冰芯记录、海洋沉积、黄土和石笋记录等也给出了宝贵的古气候资料。其中， GISP2 （Greenland Ice Sheet Project Two）于1993年6月在格陵兰中心的钻探，得到了最深的北半球冰芯，跨时为10万年。南极富士丘穹（Dome Fuji）站的最新资料跨时32万年。中国国内也有很多类似的古气候变化研究， 包括对孢粉、树木年轮、敦德与古里雅冰芯、石笋以及黄土等地质资料的分析研究。

气候变化轨道驱动的发现，使古气候研究进入了定量探索变化机理的新阶段。然而经典版本的米兰科维奇学说只考虑北半球高纬区的辐射量变化，与新发现的地质记录和热带过程在现代气候中所起的作用相矛盾。

1）一些低纬地区并没有明显的10万年冰量周期，而是以2万年岁差周期为主，表明北半球冰盖的扩张、收缩变化并没有完全控制低纬区的气候变化；

2）在最近几次冰消期时，南半球和低纬区的温度增高，要早于北半球冰盖的融化，表明冰消期的触发机制并非是北半球高纬夏季太阳辐射；

3）大气CO2浓度在第2冰消期的增加同南极升温相一致，表明该时大气CO2浓度增加亦有可能早于北半球冰盖消融；

4）南半球的末次冰盛期有可能早于北半球。

当我们讨论米氏理论正确性时，面临的第1个问题是：北半球高纬夏季太阳辐射变化到底在冰期旋回过程中起到了多大的作用? 如果我们承认晚第四纪气候变化的10万年周期主要源于北半球冰盖变化，那么，从10万年周期所分布的范围来看，北半球高纬夏季太阳辐射变化应起到了十分重要的作用，但不是全部作用，因为2万年岁差周期在许多记录中的存在，说明低纬地区（至少是部分地区）气候旋回受局地太阳辐射变化所驱动。因此，如米氏理论所主张的单一敏感区触发驱动机制是不成立的。有的学者根据大气CO2浓度变化有可能超前于冰量变化的现象，主张冰期旋回由CO2浓度变化所驱动。CO2变化曲线目前只有来自南极冰芯，而北

极由于冰芯包含的大气粉尘中碳酸盐含量较高而难以得到可靠的CO2曲线，因此，限制了对轨道尺度大气CO2浓度变化的完整理解。从南极已有的记录来看，很难说CO2浓度变化同温度变化是否存在统一的相位关系，这是因为CO2气体在冰芯中有一封闭深度不甚确定的弱点。因此，只能大致认为全球大气CO2浓度变化同南极气温变化基本同时。如果用太阳辐射变化驱动CO2浓度变化，进而驱动全球气候变化这样的机制来解释晚第四纪冰期旋回，那么我们将不易解释高纬和低纬主导周期不同的现象。因此，将CO2浓度变化视作放大机制而非触发机制似乎更为合理。米氏理论面临的第2个问题是气候信号的放大机制。冰盖扩张（包括海冰）和大气温室气体浓度下降肯定是冰期气候形成的最为重要的放大机制，此外，海平面下降引起的陆地暴露以及植被覆盖面

积和植被类型的变化等陆面过程亦应扮演了重要角色。现在的问题是，我们尚无可靠的手段，来定量评价这些放大机制的相对重要性。气候信号的放大过程亦是其传输过程，这就涉及到讨论米氏理论需面对的第3个问题，即传输机制。过去，北大西洋深层流变化，被视为将北半球高纬信号传输到南半球高纬区最为重要的机制。但南半球在冰消期的增温要早于冰量变化，因此，此传输机制至少在冰消期就不可能存在了。最近，有的学者测定了南大洋沉积的Nd同位素、氧同位素和碳同位素，并将它们分别视作不同源区的深层海水、全球冰量和大洋碳循环的替代性指标，结果发现在末次冰期开始阶段，这三者的相位关系是:冰量变化最早，碳循环次之， NADW 变化最晚。在冰期开始阶段，目前尚无南极气温降低早于北极冰盖扩张的证据，因此，我们尚不能完全排除NADW 在传输北极冰盖扩张信号上的作用。

至此，我们可以基本认定，米氏理论的单一触发机制，已难以全面解释全球晚第四纪气候变化。这就意味着需研制新的理论框架，以解释新的观察事实，因此说，我们正面临新的研究机遇。到目前为止，大部分学者承认第四纪冰期旋回由天文因素引起的地球轨道变化所驱动，争议之处在于太阳辐射总量基本不变的情况下，太阳辐射的纬度配置和季节配置变化通过什么机制驱动如此大幅度的全球气候变化。因为米氏理论的局限性，新的理论假说正在被提出。这里，介绍两派重要的观点。一派为“热带驱动说”。这类假说强调热带的作用，其基本理论框架如下：低纬太阳辐射变化驱动季风变化，季风变化控制地表岩石的风化强度，进而控制到达海洋的硅通量，硅通量控制了海洋硅藻的生产率，进而控制有机碳的沉积，然后通过影响大洋碳循环驱动全球气候变化。这派假说与米氏理论不同，强度了低纬夏季太阳辐射的触发驱动作用，但它还需要进一步解释低纬度变化如何导致高纬冰盖变化的

10万年冰量周期。无论如何，这派假说促使人们更深入地思考热带季风和热带海洋的作用，如果在高低纬相互作用上能延伸一步，它将有可能成为一主导性理论。另一派假说主要为冰消期设计，它从冰消期时南极增温和大气CO2浓度增高超前于北极冰盖融化这个观察事实出发。其具体机制如下:冰盛期时，北半球夏季太阳辐射处于低值，而南半球夏季太阳辐射处于高值，南半球高纬夏季太阳辐射的提高促使南极冰盖外缘及海冰融化，进而使“生物泵”的作用减弱，导致大气CO2浓度开始增高; 与此同时，北极冰盖已达到最大值，形成“海基”冰盖，并处在对温度变化极其敏感的状态（一部分冰盖已在平衡线之下） ，而大气CO2浓度的增高可导致全球升温，从而触发北极冰盖开始融化，北极冰盖部分融化后，由于地壳反弹作用的滞后，冰盖对温度增加的敏感性进一步加强，而此时北半球夏季太阳辐射也开始增加，从而促使冰盖进一步消融。这派假说考虑了南北两半球高纬气候的相互作用，但没有考虑热带的重要性。尽管该假说只涉及到冰消期，但它暗含了一个逻辑推论，即冰期旋回的不同阶段有可能有不同的驱动机制。