Data from new subsurface studies, lithologic analyses, radiocarbon dating, and geologic mapping demonstrate that an early middle Wisconsinan (MIS 3) to late Wisconsonan (MIS2) till sheet is more widespread in northcentral Iowa than previously assumed. This till had been mapped to the west of and beneath the late Wisconsinan (MIS 2) Des Moines Lobe (DML); this thesis research has shown that the boundary of that till sheet extends 40 to 50 km east of the DML margin. Sediments deposited by the MIS 3 glacier are termed the Sheldon Creek Formation; they share many lithologic properties with DML Dows Formation deposits. Some of these shared properties, such as clasts of Pierre Shale, suggest a similar northwesterly provenance and glacial flow from the Keewatin Dome of the Laurentide Ice Sheet during both glaciations. Radiocarbon ages of organic materials within and beneath the Sheldon Creek Formation, as well as stratigraphic relationships in cores and outcrops, suggest that the unit accumulated during two distinct advances, herein named the Ft. Dodge Advance (ca. 46-40 ka) and the Lehigh Advance (ca. 34-29 ka). The presence of ice in Iowa before the regional Last Glacial Maximum has important implications for modeling buildup of the Laurentide Ice Sheet (LIS) and understanding the regional variability of ice sheet extent during the last glacial period. Existing models the LIS buildup are challenged by the pre-MIS 2 chronology reported here, which puts the ice sheet much farther south during MIS 3b than had previously been reported. This points to a much earlier buildup of the Keewatin Dome than previously assumed. The timing of the Sheldon Creek advances appear to coincide with Heinrich events 3 and 5 in the North Atlantic, indicating that both the Keewatin and Laurentian Domes of the ice sheet were large at this time. Further work needs to be done to determine if the MIS 3b and early MIS 2 Sheldon Creek Formation deposits in Iowa are unique, or if there are other unrecognized deposits from these time periods.

The study of past climate is important because it increases our understanding of how the climate system works. Past climate is often reconstructed by using proxies (that is observations of things that tell something about past climate, for example tree rings, pollen in lake sediments and fossils). Model simulations of past climate further increases the knowledge since it has the possibility to gap the space and time between the sparse and scattered proxy observations, since a model simulation gives relatively continuous information about the whole simulated area. Model simulations can also give internally coherent information about parameters that is not easily reconstructed from proxies (for example heat fluxes).  In this thesis two periods in the past are simulated by climate models: the Marine Isotope Stage 3 (MIS 3), 44 000 years ago, and the Last Glacial Maximum (LGM), 21 000 years ago. Both periods are characterised by low temperature, low sea level and low level of carbon dioxide. The topography in northern Europe is dominated by ice sheets covering Iceland, Norway and parts of Sweden at MIS3; and more extensive ice sheets covering Iceland, Scandinavia, the British Isles and Northern Germany at LGM. These periods are firstly simulated by a global climate model. Those simulations are subsequently used in a regional climate model to increase the level of detail over Europe. To make the regional climate model simulation more realistic vegetation simulated by a dynamical vegetation model is used in the regional climate model.   The climate models simulate European climates much colder than today, especially at LGM. The temperature differences ranges from 5 to 45 °C colder than today; the largest differences being at the ice sheets where the perennial ice cover and the high altitude keep temperatures low. Precipitation is reduced with as much as almost 100 % in northern Europe due to reduced evaporation. Precipitation is increased with as much as 100 % in parts of southern Europe due to changes in atmospheric circulation. The simulations are in broad agreement with proxies, although there are differences.  The vegetation model simulates tundra like vegetation (herbs and shrubs) in the ice-free parts of central and southern Europe. The eastern parts of Europe are dominated by needle-leaved trees. The short and cool summers limit vegetation. The simulated vegetation is in broad agreement with reconstructions. Sensitivity studies of vegetation show that changed vegetation can change the monthly mean temperature with 1-3 °C in some seasons and regions. The response depends on regional surface characteristics. Sensitivity studies of ice sheets show that the simulated climate is consistent with the assumptions about the ice sheet extent made in the simulation. The simulated climate is cold enough in northern Europe to support the ice sheet, and warm enough in southern Europe to prevent the ice sheet from expanding in this direction. A removal of the ice sheet would only have an effect on the local scale in the vicinity of the ice sheet, but this experiment did not include changes in the large-scale global atmospheric circulation.  Although the regional climate model simulations are to a large degree depending on the global climate model simulations they provide new information. When comparing proxies with model data or studying local/regional climatic features (such as the interplay between climate and vegetation) high horizontal resolution, as in the regional climate model, is important. / Studiet av klimat i det förgångna är viktigt eftersom det ökar vår förståelse för hur klimatsystemet fungerar. Förgånget klimat rekonstrueras ofta med hjälp av proxies (det vill säga observationer av saker som säger något om klimatet förr i tiden, till exempel trädringar, pollen i sjösediment och fossiler). Modellsimuleringar av förgånget klimat ökar kunskapen ytterligare eftersom det ger en möjlighet att fylla i luckorna, i tid och rum, mellan de glesa och spridda proxy-observationerna, eftersom en modellsimulering ger information om hela det simulerade området. Modellsimuleringar kan också ge information om parametrar som inte så lätt rekonstrueras från proxies (till exempel värmeflöden).   I denna avhandling simuleras med klimatmodeller två perioder i det förgångna: MIS 3 (Marine Isotope Stage 3), för 44 000 år sedan och LGM (Last Glacial Maximum), för 21 000 år sedan. Båda perioderna kännetecknas av låg temperatur, låg havsnivå och låg halt av koldioxid. Topografin i norra Europa domineras av istäcken som täcker Island, Norge och Sverige vid MIS 3; och istäcken över Island, Skandinavien, Brittiska öarna och norra Tyskland vid LGM. Dessa perioder simuleras först av en global klimatmodell. Simuleringarna används senare i en regional klimatmodell för att öka detaljgraden över Europa. För att göra den regionala klimatmodell-simuleringen mer realistisk så används i den regionala klimatmodellen vegetation som är simulerad av en dynamisk vegetationsmodell. Klimatmodellerna simulerar europeiska klimat som är mycket kallare än dagens, särskilt vid LGM. Temperaturdifferensen spänner från 5 till 45 °C kallare än idag; de största skillnaderna är vid istäckena där det ständiga istäcket och den höga altituden håller temperaturen nere. Nederbörden minskar med så mycket som nästan 100 % i norra Europa på grund av minskad avdunstning. Nederbörden ökar med så mycket som 100 % i delar av södra Europa på grund av förändringar i atmosfärens cirkulation. Simuleringarna stämmer i stora drag överens med proxies, även om det finns skillnader.  Vegetationsmodellen simulerar tundralik vegetation (örter och snår) i de isfria delarna av centrala och södra Europa. De östra delarna av Europa domineras av barrträd. De korta och kalla somrarna begränsar vegetationen. Den simulerade vegetationen stämmer i stora drag överens med rekonstruktionerna. Känslighetsstudier av vegetationen visar att förändrad vegetation kan förändra månadsmedeltemperaturen med 1-3 °C i vissa regioner och under vissa säsonger. Responsen beror på regionala egenskaper vid markytan. Känslighetsstudier av istäckena visar att det simulerade klimatet är förenligt med de antaganden av istäckenas utbredning som görs i simuleringen. Det simulerade klimatet är tillräckligt kallt i norra Europa för att göra ett istäcke möjligt, och tillräckligt varmt i södra Europa för att hindra istäcket från att växa i den riktningen. Om istäcket skulle tas bort skulle det bara ha en effekt på lokal skala i närheten av istäcket, men detta experiment innefattade inte förändringar i atmosfärens cirkulation. Även om de regionala klimatmodell-simuleringarna till stor del beror på de globala klimatmodell-simuleringarna så ger de ny information. Vid jämförelser av proxies och modelldata eller studier av lokala/regionala egenskaper hos klimatet (som växelverkan mellan klimat och vegetation) så är hög horisontell upplösning, som i en regional klimatmodell, viktigt.

Le but de cette thèse est de caractériser les variations climatiques des derniers 200 ka à travers l'étude de quatre spéléothèmes du sud de la France, datés par U-Th. Nous nous sommes focalisés sur l'étude des stades isotopiques marins MIS 6, 5 et 3. Les principaux résultats obtenus sont les suivants : - mise en évidence d'oscillations milléniales au MIS6 entre 175 et 165 ka. L'enregistrement isotopique haute résolution (10 à 300 ans) de la base du plancher stalagmitique de la grotte de Villars indique pour la première fois dans la région ces oscillations climatiques rapides qui peuvent être mises en relation avec des figures similaires récemment mises à jour par les concrétions chinoises. - estimation de l'amplitude du réchauffement associée à l'avant-dernière déglaciation. La confrontation du δ18Oc de la calcite, du δ18O des inclusions fluides et du ∆47 de la calcite suggère que (1) si l'équilibre isotopique a été satisfait, le réchauffement associé à la Terminaison II serait de 20°C, (2) si on considère un effet cinétique alors le réchauffement corrigé de cet effet serait de 14°C. La constance de la composition de l'eau de l'infiltration pendant cette déglaciation s'explique par le jeu des différents facteurs influant sur ce paramètre. - amélioration de la chronologie et de la caractérisation dans le SW de la France des événements climatiques milléniaux de la dernière glaciation (MIS3). L'enregistrement de la stalagmite Vil14 daté par MC-ICP-MS constitue désormais la meilleure chronologie de cette période dans la grotte de Villars et permet d'attribuer un âge précis aux limites des interstades (13, 12 et fin du 14). La fin des interstades identifiés était manifestement associée à un refroidissement abrupt et à l'installation d'un permafrost de courte durée. La cessation de croissance définitive de cet échantillon simultanément aux deux autres confirme le durcissement du refroidissement du MIS3 vers 30ka. En multipliant ce type de données quantifiées et datées de façon absolue, on contribue à la meilleure compréhension des mécanismes climatiques.