The greening of Arabia: multiple opportunities for human occupation of the Arabian peninsula during the Late Pleistocene inferred from an ensemble of climate model simulations Article Accepted Version Jennings, R. P., Singarayer, J., Stone, E. J., Krebs-Kanzow, U., Khon, V., Nisancioglu, K. H., Pfeiffer, M., Zhang, X., Parker, A., Parton, A., Groucutt, H. S., White, T. S., Drake, N. A. and Petraglia, M. D. (2015) The greening of Arabia: multiple opportunities for human occupation of the Arabian peninsula during the Late Pleistocene inferred from an ensemble of climate model simulations. Quaternary International, 382. pp. 181-199. ISSN 1040-6182 doi: https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.01.006 Available at https://centaur.reading.ac.uk/39673/ It is advisable to refer to the publisher’s version if you intend to cite from the work. See Guidance on citing . To link to this article DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2015.01.006 Publisher: Elsevier All outputs in CentAUR are protected by Intellectual Property Rights law, including copyright law. Copyright and IPR is retained by the creators or other copyright holders. Terms and conditions for use of this material are defined in the End User Agreement . www.reading.ac.uk/centaur CentAUR Central Archive at the University of Reading Reading’s research outputs online The  greening  of  Arabia:  multiple  opportunities  for  human  occupation  of  the  Arabian   Peninsula  during  the  Late  Pleistocene  inferred  from  an  ensemble  of  climate  model   simulations     Richard  P.  Jenningsa,  Joy  Singarayerb,  Emma  Stonec,  Uta  Krebs-­‐Kanzowd,  Vyacheslav  Khone,f,   Kerim  H  Nisancioglug,h,  Adrian  Parkeri,  Ash  Partona,  Huw  S.  Groucutta  Tom  Whitea,  Nick.  A.   Drakej,  Michael  D.  Petragliaa     aSchool  of  Archaeology,  Research  Laboratory  for  Archaeology  and  the  History  of  Art,  University  of  Oxford,   Oxford,  OX1  3QY,  United  Kingdom   bCentre  for  Past  Climate  Change,  Department  of  Meteorology,  University  of  Reading,  Earley  Gate,  Reading,  RG6   6BB   cBRIDGE,  School  of  Geographical  Sciences,  University  of  Bristol,  BS8  1SS,  United  Kingdom   dThe  Alfred  Wegener  Institute,  Bussestraße  24,  D-­‐27570  Bremerhaven,  Germany   eInstitute  of  Geosciences,  University  of  Kiel,  Kiel,  Germany   fA.M.  Obukhov  Institute  of  Atmospheric  Physics  RAS,  Moscow,  Russia   gDepartment  of  Earth  Science  and  the  Bjerknes  Centre,  University  of  Bergen,  Norway   hUNI  Research  Climate,  Allégaten  55,  5007  Bergen,  Norway   iDepartment  of  Social  Sciences,  Oxford  Brookes  University,  Headington  Campus,  Oxford,   OX3  0BP,  United  Kingdom   jDepartment  of  Geography,  King’s  College  London,  K4U.06  Strand  Campus,  London  WC2R  2LS,  United  Kingdom.         Abstract   Climate  models  are  potentially  useful  tools  for  addressing  human  dispersals  and   demographic  change.  The  Arabian  Peninsula  is  becoming  increasingly  significant  in  the   story  of  human  dispersals  out  of  Africa  during  the  Late  Pleistocene.  Although  characterised   largely  by  arid  environments  today,  emerging  climate  records  indicate  that  the  peninsula   was  wetter  many  times  in  past,  suggesting  that  the  region  may  have  been  inhabited   considerably  more  than  hitherto  thought.  Explaining  the  origins  and  spatial  distribution  of   increased  rainfall  is  challenging  because  palaeoenvironmental  research  in  the  region  is  in   an  early  developmental  stage.  We  address  environmental  oscillations  by  assembling  and   analysing  an  ensemble  of  five  global  climate  models  (CCSM3,  COSMOS,  HadCM3,  KCM,  and   NorESM).  We  focus  on  precipitation,  as  the  variable  is  key  for  the  development  of  lakes,   rivers  and  savannas.  The  climate  models  generated  here  were  compared  with  published   palaeoenvironmental  data  such  as  palaeolakes,  speleothems  and  alluvial  fan  records  as  a   means  of  validation.  All  five  models  showed,  to  varying  degrees,  that  the  Arabia  Peninsula     1 was  significantly  wetter  than  today  during  the  Last  Interglacial  (130  ka  and  126/125  ka   timeslices),  and  that  the  main  source  of  increased  rainfall  was  from  the  North  African   summer  monsoon  rather  than  the  Indian  Ocean  monsoon  or  from  Mediterranean  climate   patterns.  Where  available,  104  ka  (MIS  5c),  56  ka  (early  MIS  3)  and  21  ka  (LGM)  timeslices   showed  rainfall  was  present  but  not  as  extensive  as  during  the  Last  Interglacial.  The  results   favour  the  hypothesis  that  humans  potentially  moved  out  of  Africa  and  into  Arabia  on   multiple  occasions  during  pluvial  phases  of  the  Late  Pleistocene.     Keywords:   Climate  models,  Late  Pleistocene,  human  evolution,  Arabian  Peninsula,  precipitation     1.  Introduction     The  timing  and  spatial  distribution  of  the  dispersal  of  Homo  sapiens  out  of  Africa  is  the   subject  of  intense  and  continued  scientific  debate  (e.g.  Oppenheimer,  2009;  Frumpkin  et  al.,   2011;  Boivin  et  al.,  2013;  Mellars  et  al.,  2013).  The  consensus  view  is  that  genetic  and   archaeological  evidence  supports  a  major  dispersal  of  human  populations  after  70,000   years  ago  (ka)  during  Marine  Isotope  Stage  (MIS)  4  or  early  MIS  3  (Mellars  et  al.,  2013).   However,  this  has  been  challenged  by  recent  archaeological  discoveries  and  new  genetic   and  environmental  interpretations,  which  advocate  multiple  dispersals  during  MIS  5  (130-­‐   71  ka)  and  also  later  times  (Boivin  et  al.,  2013;  Groucutt  and  Petraglia  2014;  Parton  et  al.,   this  issue).  Central  to  this  debate  is  the  need  to  understand  the  environmental  context  of   human  dispersals.  In  regions  where  secure  palaeoenvironmental  records  are  incomplete  or   under  development  this  is  a  difficult  task.  Here  we  present  a  different  approach  and  assess   the  degree  to  which  global  climate  models  can  inform  us  about  past  climate  change  and   human  dispersals.       Climate  models  are  sophisticated  mathematical  tools  that  have  been  used  in  similar   contexts  to  address  key  questions  such  as  the  extinction  of  the  Neanderthals  and  the  arrival   of  modern  humans  in  Europe  (Davies  et  al.,  2003),  the  identification  of  Neanderthal  refugia   in  southern  Iberia  (Jennings  et  al.,  2011)  and  the  modelling  of  human  populations   structures  in  North  Africa  (Scerri  et  al.,  2014).  Eriksson  and  colleagues  (2012)  have   recently  used  one  model  to  explore  Homo  sapiens  dispersals  out  of  Africa  but  on  a  larger   geographic  scale  than  we  now  present.  Instead,  we  focus  solely  on  one  key  region,  the   Arabian  Peninsula.       2 Those  working  in  the  Arabian  Peninsula  consider  the  region  to  be  a  critical  area  for   understanding  Homo  sapiens  dispersals  and  demography  (Petraglia  and  Alsharekh,  2003;   Marks  et  al.  2009;  Parker  et  al.,  2009;  Armitage  et  al.,  2011;  Rose  et  al.,  2011;  Rosenberg  et   al.,  2011,  2013;  Petraglia,  2011;  Groucutt  and  Petraglia,  2012,  2014;  Crassard  and  Hilbert   2013;  Crassard  et  al.,  2013).  Yet,  the  Saharo-­‐Arabian  desert  belt,  a  hyperarid-­‐arid  expanse   at  14-­‐35°N,  has  often  been  seen  as  a  major  biogeographical  barrier  for  human  range   expansions  out  of  Africa.  However,  over  the  last  decade  it  has  been  shown  that  the  Sahara   was  not  always  desert  and  that  rivers,  lakes  and  savanna  grasslands  developed  during   pluvial  episodes,  linked  to  changes  in  insolation  (e.g.  Drake  et  al.,  2011,  2013;  Larrasoaña   et  al.,  2013).  As  research  develops  in  the  Arabian  Peninsula,  researchers  are  returning  to   ancient  lakebeds  previously  investigated  in  the  1970s  (e.g.  Petraglia  et  al.,  2011;  Rosenberg   et  al.,  2011,  2013;  Crassard  et  al.,  2013).  Although  these  palaeolakes  were  once  thought  to   date  to  MIS  3,  evidence  now  indicates  that  the  lakes  formed  during  MIS  5  (Rosenberg  et  al.,   2011;  Petraglia  et  al.,  2011).  Speleothem  growth,  a  sign  of  increased  humidity,  has  also   been  dated  to  this  period  in  caves  in  south  and  southeast  Arabia  (Fleitmann  et  al.,  2004,   2007),  while  Late  Quaternary  fluvial  deposits  have  been  identified  in  the  United  Arab   Emirates  (UAE)  (Atkinson  et  al.,  2013).       Much  of  what  we  know  about  Arabia’s  past  climate  is  currently  undergoing  extensive   revision.  Just  as  in  the  Sahara,  the  idea  that  the  Arabian  Peninsula  was  wetter  during   certain  periods  of  the  Pleistocene  is  rapidly  developing  into  the  null  hypothesis.  Recent   discoveries  of  Middle  Palaeolithic  sites  in  stratified  contexts  on  the  shores  of  some  of  these   aforementioned  palaeolakes  strongly  suggests  that  modern  human  populations,  or  possibly   even  Neanderthals,  were  in  the  interior  of  the  Arabia  Peninsula  during  MIS  5  (Groucutt  and   Blinkhorn,  2011;  Petraglia  et  al.,  2012;  Crassard  et  al.,  2013).    If  savanna  grassland  and   lakes  had  developed  130  ka,  the  idea  of  a  coastal  dispersal  (cf.  Mellars  et  al.,  2013),  in   which  the  interior  of  Arabia  was  bypassed,  seems  highly  unlikely.  Instead,  the  presence  of   savanna  habitats  suggests  that  human  populations  would  have  dispersed  into  the  region   during  humid  periods  between  130-­‐78  ka,  given  their  presence  in  Skhul  and  Qafzeh  in  the   Levant  (Grün  et  al.,  2005),  at  Jebel  Faya  in  SE  Arabia  (Armitage  et  al.,  2011;  Bretzke  et  al.   2013)  and  in  East  Africa  (Basell,  2008)  at  this  time.         3 One  of  the  key  difficulties  in  testing  the  hypothesis  that  human  populations  inhabited  the   interior  of  Arabia  during  the  Late  Pleistocene  is  the  lack  of  dated  and  stratified   archaeological  sites.  For  a  landmass  that  is  one  quarter  of  the  size  of  Europe,  a  small   handful  of  dated  lakebeds,  speleothems  and  stratified  sites  do  not  provide  enough  evidence   to  link  human  presence  to  the  palaeoclimatic  framework.  Here,  we  take  a  different   approach  and  assess  this  data  in  the  context  of  five  climate  models  covering  the  Arabian   Peninsula.    We  employ  climate  models  because  they  are  an  informative  way  of  developing   insights  into  past  climate  change,  especially  where  comprehensive  palaeoclimate  records   are  not  available.  Climate  models  take  into  account  the  major  processes  that  shaped  past   climate  change,  such  as  astronomical  forcing,  ice  sheet  extent,  sea-­‐level,  vegetation  cover,   and  atmospheric  greenhouse  gas  concentrations.  The  climate  models  provide  spatial  and   temporal  frameworks  that  can  be  tested  using  securely  dated,  independently  derived   sedimentological  and  palaeontological  data  (Braconnot  et  al.,  2012;  Heiri  et  al.,  2014).         In  the  present  article  we  focus  on  modelling  precipitation,  as  this  variable  is  a  useful   measure  for  determining  the  amount  of  rainfall  that  potentially  fell  across  the  Peninsula   during  the  Late  Pleistocene,  as  water,  of  course,  was  vital  for  the  range  expansion  of  our   species  (Finlayson  2014).  Multiple  timeslices  are  examined,  but  with  a  particular  focus  on   specific  periods  of  MIS  5e,  when  rainfall  levels  are  thought  to  have  been  at  their  highest   (Parton  et  al.,  this  issue).  We  first  review  the  main  weather  systems  bringing  rainfall  into   the  Peninsula  today  and  describe  the  boundary  conditions  used  in  model  experiments,  as   understanding  both  is  necessary  before  using  palaeoenvironmental  and  archaeological   evidence  to  assess  the  models  and  form  hypotheses  on  human  demography  in  the  Arabian   Peninsula  during  these  periods.     2.  Present  day  rainfall  patterns  in  the  Arabia  Peninsula     The  Arabian  Peninsula  supports  some  of  the  driest  environments  anywhere  in  the  world.   Areas  of  the  Negev  desert,  north  and  northwest  Saudi  Arabia,  and  in  the  Rub  Al-­‐Khali,  a   vast  expanse  of  sand  desert  in  southern  Saudi  Arabia,  receive  mean  annual  rainfall  levels  of   <  60  mm  per  annum,  placing  them  in  hyper-­‐arid  bioclimatic  zones  (Almazroui  et  al.,  2012).   Rainfall  is  more  varied  elsewhere  in  the  peninsula  (Figure  1),  attaining  an  average  of  75.4   mm  in  the  Eastern  Province  of  Saudi  Arabia  (with  the  highest  yearly  total  recorded  being   384  mm)  (Barth  and  Steinkhol,  2004),  up  to  140  mm  per  annum  in  the  UAE  (Parker,  2006),   234  mm  per  annum  in  Bahrain  (Elagib  and  Abdu,  2010)  and  up  to  400  mm  in  the  Al  Jabal     4 and  Al  Akhdar  mountains  of  Oman  (Kwarteng  et  al.,  2009).  High  levels  of  rainfall  are  also   known  in  the  Yemen  highlands  and  in  southwest  Saudi  Arabia,  where  up  to  400  mm  per   annum  is  recorded  and  it  can  rain  during  every  month  of  the  year  (Al-­‐Subyani,  2005;   Almazroui,  2011;  Furl  et  al.,  2014).  However,  decadal  averages  across  the  peninsula  do  not   typically  exceed  200  mm  per  annum  outside  the  upland  areas  of  SW  Saudi  Arabia,  Yemen   and  Oman  (Almazroui  et  al.,  2012),  meaning  an  arid  to  hyper-­‐arid  climate  prevails  across   the  vast  majority  of  the  peninsula.       ***Figure  1  hereabouts     An  important  reason  for  the  observed  rainfall  variation  in  Arabia  is  orography,  where   rainfall  increases  with  elevation.  For  instance,  the  Asir  Mountains  (3000  m  above  sea  level)   which  run  parallel  to  the  Red  Sea  along  the  western  side  of  the  Peninsula,  and  the   Hadramaut    (1500  m  above  sea  level)  in  the  south  of  Arabia  receive  higher  rainfall  than   interior  areas.  It  has  been  noted  that  there  are  too  few  weather  stations  to  record   accurately  precipitation  levels  in  such  regions  owing  to  the  complex  orographic  variability   (Abo-­‐Monasar  and  Al  Zahrani,  2014).  Elsewhere,  at  Wadi  Yalalam  in  the  west  of  Arabia,   rainfall  levels  are  higher  in  the  wadi's  upper  reaches  (220  mm),  on  the  western  slopes  of   the  Hijaz  escarpment,  than  at  sea  level  (110  mm)  where  it  discharges  into  the  Red  Sea  at   Tihamah  (Al-­‐Subyani,  2005).  Similarly,  although  arid  and  semi  arid  zones  (receiving  <  300   mm)  exist  on  the  leeward  side  of  the  Al  Jabal  and  Al  Akhdar  mountains  in  the  interior  of   Oman,  coastal  regions  remain  humid  due  to  monsoonal  weather  patterns  (Kwarteng  et  al.,   2009).  In  Jordan,  annual  rainfall  levels  are  negligible  on  the  southern  and  eastern  sides  of   the  Jordanian  highlands,  with  only  32  mm  recorded  at  Aqaba  in  the  very  south,  but  values   exceed  500  mm  per  year  on  their  upper  western  flanks,  where  Mediterranean  conditions   prevail  (Freiwana  and  Kadioglu,  2008).  As  such,  a  strong  N-­‐S  precipitation  gradient  exists   in  the  Eastern  Mediterranean,  the  Levant,  and  the  southern  Negev.             Inter-­‐annual  rainfall  variability  is  also  a  strong  feature  of  the  Arabian  climate  (Almazroui  et   al.,  2012).  Many  climate  systems  bring  mainly  low  levels  of  precipitation  to  the  Arabian   Peninsula,  each  varying  in  timing,  location,  and  intensity.  Sometimes  a  single  rainfall   episode  can  provide  an  area  with  its  annual  rainfall  total,  meaning  decadal  averages  are   required  to  gauge  patterns  (Elagib  and  Addin  Abdu,  1997;  Rheman  et  al.,  2010).  The  Inter-­‐ Tropical  Convergence  Zone  (ITCZ),  a  major  airflow  that  drives  monsoonal  activity  across     5 sub-­‐tropical  latitudes  of  the  world,  is  a  key  driver  of  rainfall  across  the  Arabian  Peninsula.   The  ITCZ  moves  on  a  continuous  yearly  cycle,  reaching  as  far  north  as  25-­‐30°N  in  Asia  in   July  and  as  far  south  as  15°S  over  Africa  in  January  (Henderson-­‐Sellers  and  Robinson,   1991).  Sub-­‐tropical  weather  affects  the  south  of  the  Arabian  Peninsula  in  the  summer   months  (May–September)  as  the  ITCZ  begins  its  move  northwards.  In  particular,  rains  of   the  North  African  summer  monsoon,  which  is  a  northward  extension  of  the  West  African   monsoon  system,  cross  the  Sahel  and  reach  SW  Arabia  in  July  (Bosmans  et  al.,  2014),  while   the  Indian  Ocean  Monsoon  reaches  the  southern  coasts  of  Yemen  and  Oman  in  June   (Kwarteng,  2009).  The  ITCZ  movement  is  caused  by  seasonal  land-­‐sea  thermal  contrast   and  subsequent  development  of  a  low-­‐pressure  cell  situated  above  the  foothills  of  the   Tibetan  plateau  (Fleitmann  et  al.,  2004).    Central  and  northern  Arabia  remains  largely  dry   during  these  months.     During  the  winter  (October–April),  the  Azores  high  pressure  of  the  North  Atlantic   Oscillation  (NAO)  and  the  East  Atlantic/West  Russian  (EAWR)  atmospheric  circulation   systems  drive  the  ITCZ  southwards,  which  in  turn  generates  moisture-­‐bearing  westerlies.   These  take  the  form  of  storms,  produced  as  cold  air  masses  meet  warm  ocean  waters,   which  generally  move  along  the  Mediterranean  basin  into  the  Middle  East  and  down  the   Arabian  Gulf  as  far  as  southern  Oman  (Krichak  et  al.,  2000;  Barth  and  Steinkhol,  2004;   Kwarteng,  2009;  Brayshaw  et  al.,  2010;  Trigo  et  al.,  2010;  Kalimeris,  2011).  The  northeast   winter  monsoon  (Van  Rampelbergh  et  al.,  2013)  also  brings  low  levels  of  rain  to  the   southern  coast  of  Arabia,  particularly  in  January  as  the  ITCZ  moves  to  its  most  southerly   position.       Other  climatic  systems  also  contribute  rainfall  to  the  Peninsula:  winter  air  masses  from  the   Mediterranean  meet  the  Zagros  Mountains  and  may  develop  into  independent  low-­‐ pressure  cells  that  bring  precipitation  to  north  and  east  Arabia  (Barth  and  Steinkhol,   2004);  tropical  cyclones  form  in  the  Arabian  Sea  in  May  and  again  in  October  to  November   and  bring  rainfall  to  the  Gulf  States  (Kwarteng  2009);  and  local  convection  over  Arabia,   where  a  strong  contrast  between  weather  cells  can  occur  at  different  times  of  the  year  and   lead  to  rain  (Barth  and  Steinkhol,  2004;  Kwarteng  et  al.,  2009).  For  example,  cool   northeasterly  air  currents  from  the  Siberian  trough  can  meet  warm  air  currents  from  the   Red  Sea  Trough  (also  known  as  the  Sudan  Trough),  resulting  in  low-­‐pressure,  warm  and     6 humid  air  masses  in  November,  March  and  April  over  Arabia.  This  may  lead  to  low  levels  of   rainfall  (Almazroui  et  al.,  2012;  Barth  and  Steinkhol,  2004;  Lionello  2012;  Furl  et  al.,  2014).     3.  Model  configuration     Simulations  from  five  climate  models  are  used  here  to  examine  the  impact  of  changes  in   solar  insolation,  ice  sheet  extent,  sea-­‐level,  sea  surface  temperature  (SST),  vegetation  cover,   greenhouse  gases  and  other  variables  on  the  climate  systems  that  bring  rainfall  into  the   Arabian  Peninsula  today.  An  ensemble  of  models  is  used  to  improve  model  reliability  and   evaluate  variability  between  different  models.  All  of  the  models  are  part  of  the   Palaeoclimate  Modeling  Intercomparison  Project  (PMIP)  and  common  boundary   conditions  are  used  to  ensure  the  model  outputs  are  comparable  (Table  1).     3.1  CCSM3  climate  model     This  model  differs  from  the  other  four  models  used  in  this  study  in  that  it  is  a  downscaled   version  of  the  Community  Climate  Systems  Model  (CCSM3).  Downscaling  global  climate   models  is  undertaken  to  link  atmospheric  values  generated  in  such  models  with  higher-­‐ resolution  topographic  and  climate  data  (Jones  et  al.,  2009).    The  CCSM3  model  was   downscaled  by  Hijmans  et  al.,  (2005)  and  made  publically  available  on  the  WorldClim   website.  The  CCSM  3  model  is  a  fully-­‐coupled,  global  atmosphere-­‐land  surface-­‐ocean  sea   ice  general  circulation  model.  It  comprises  the  atmosphere  model  CAM3  and  the  land   model  CLM  3  (Otto-­‐Bleisner  et  al.,  2006).  These  originally  had  resolutions  of  1.40  of  latitude   and  longitude  but  these  were  downscaled  to  a  cell  resolution  of  30  arc  seconds  (c.  1km).   Downscaling  involved  a  global  climate  surface  that  was  interpolated  from  topographic   (SRTM)  and  weather  station  (World  Meteorological  Organisation)  data  (Hijmans  et  al.,   2005).  This  served  as  baseline  data  for  the  downscaling  of  the  CCSM3  model.    In  this  article   we  present  the  results  in  the  form  of  annual  precipitation  for  130  ka  and  for  21  ka.         3.2  COSMOS  climate  model     COSMOS  is  a  comprehensive  fully  coupled  Earth  System  Model.  The  atmospheric  model   ECHAM5  (Roeckner  et  al.,  2003),  complemented  by  a  land  surface  component  JSBACH   (Brovkin  et  al.,  2009)  used  at  T31  resolution  (~3.75°),  with  19  vertical  layers.  The  ocean   model  MPI-­‐OM  (Marsland  et  al.,  2003)  including  sea  ice  dynamics  that  is  formulated  using   viscous-­‐plastic  rheology  (Hibler,  1979),  has  a  resolution  of  GR30  (3°×  1.8°)  in  the   horizontal,  with  40  uneven  vertical  layers.  For  this  study  we  present  equilibrated     7 simulations  of  selected  time  slices  within  the  Last  Interglacial/Eemian  (130ka,  125  ka,  and   115ka)  (Pfeiffer  and  Lohmann,  2013)  and  of  the  Last  Glacial  Maximum  (LGM)  (21ka)   (Zhang  et  al.,  2013).     As  a  control  experiment  we  use  a  simulation  equilibrated  under  pre-­‐industrial  conditions   (Zhang  et  al.,  2013).  The  boundary  conditions  (such  as  orbital  parameters,  green  house  gas   concentrations,  geometry  of  continental  ice  sheets  and  sea  level)  of  the  LGM  and  pre-­‐ industrial  simulation  follow  the  guidelines  of  the  PMIP.    The  Eemian  simulations  (130  ka,   125  ka,  and  115ka)  use  the  orbital  configuration  values  of  the  respective  time  periods  and   a  Greenland  ice  sheet  which  is  diminished  by  reducing  ice  thickness  by  1300  m  at  each  grid   point  or,  wherever  today's  ice  elevation  is  less  than  1300  m,  removing  ice  completely  and   adjusting  albedo  accordingly.  All  other  boundary  conditions  are  chosen  as  in  the  pre-­‐ industrial  control  experiment.     3.3  HadCM3  climate  model     The  Hadley  Centre  climate  model,  HadCM3  (version  4.5),  consists  of  a  coupled  atmospheric   model,  ocean  model,  and  sea  ice  model  components  (Pope  et  al.,  2000;  Gordon  et  al.,  2000).   The  atmosphere  is  a  global  grid-­‐point  hydrostatic  primitive  equation  model  with  a   resolution  of  2.5°  in  latitude  by  3.75°  in  longitude  and  19  unequally  spaced  vertical  levels.   The  land  surface  model  (MOSES2.1;  Essery  et  al.  2001)  has  a  ‘tiled’  gridbox  scheme  with   nine  fractional  surface  types  that  exchange  water,  carbon,  and  energy  with  the  atmosphere.   There  is  a  representation  of  freezing  and  melting  of  soil  moisture  and  four  soil  depth   layers.  The  spatial  resolution  of  the  ocean  in  HadCM3  is  1.25°  by  1.25°  by  20  unequally   spaced  layers  in  the  ocean  extending  to  a  depth  of  5200  m.  The  ocean  model  uses  the   mixing  scheme  of  Gent  and  McWilliams  (1990)  with  no  explicit  horizontal  tracer  diffusion.   The  sea  ice  model  uses  a  simple  thermodynamic  scheme  parameterization  of  ice  drift  and   leads  (Cattle  and  Crossley,  1995).       For  this  study,  two  sets  of  experiments  with  HadCM3  were  utilized.  The  first  set  of   simulations  cover  time  slices  in  the  Eemian  (130  ka,  125  ka,  and  116  ka)  and  were   completed  as  part  of  the  PMIP3  initiative.  The  simulations  use  orbital  configuration  values   for  the  relevant  time  slice  (derived  from  Berger,  1978),  and  trace  atmospheric  greenhouse   gases  from  ice  core  data  on  the  EDC3  time-­‐scale  (see  Table  1).  Vegetation  was  fixed  and   based  on  pre-­‐industrial  estimates.  Ice-­‐sheets  and  sea  level  were  similarly  fixed  at  pre-­‐   8