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        破解全球气温变化之谜

        媒体:网易  作者:内详
        专业号:林森
        2021/12/6 10:00:30

        (图源:scitechdaily.com)

         

        2021年11月10日,《自然》杂志发表由 美国亚利桑那大学研究人员完成的关于全球温度变化的研究结果。研究人员构建了自上一个冰河时代以来的全球气候变化趋势图,定量揭示了人类活动在近150年间是如何加快全球变暖速度的。研究引起普遍关注,原因之一是论文主要作者蒂尔尼 (Jessica E. Tierney)是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告的主要成员。

        研究人员发现,冰河时代的气温比工业化前(1850年-1900年)低7℃,比早期研究估计的气温低约1℃。全球变暖始于16900年前,一直到11000 年前,地球处于相对温暖的“间冰期”气候。此外,在地球快速变暖之前,有一个始于9500年前的温度为0.5℃的缓慢、长期的变暖过程。但从工业化前至今的150年,由于温室气体浓度的上升,地球的变暖幅度和速度“前所未有”。

        自24000年前上次冰河时代以来的全球平均气温(图源:Matthew Osman)

        全新世气温变化之谜

        “全新世气温变化之谜”(Holocene temperature conundrum)一直存在,全新世的气候变化问题困扰气候科学家多年。全新世是最年轻的地质年代,即“完全新近的”。国际地层委员会将格陵兰岛GRIP冰芯记录中新仙女木事件结束的时间定为全新世的开始,根据该冰芯的纹层计数,约为距今(公元1950年)11700年前。

        全球气温在这一时间间隔内的演变情况,对于理解大规模气候变化的机制和时间尺度至关重要。虽然气候模型和代理重建支持对这一关键时期的研究,但它们在气温趋势、幅度和全球阶段性方面得出了截然不同的结论。这种差异阻碍了我们理解现代变暖趋势的能力,限制了温室气体排放影响未来全球气候的反应。

        全新世时期气温变化(图源:Samantha Bova)

        两种方法可以得出全新世全球气温变化趋势,一种是气候模型模拟地球历史气温,另一种是代理重建地球历史气温。此前,一些气候模型模拟表明,过去的11700年间,全新世时期地球气候呈现出的是长期、稳定的变暖趋势。代理重建过去的气温却表明,全新世的地球气温在6000-10000年前达到顶峰,在那之后地球开始冷却,直到工业时代的出现才逆转了这种冷却的趋势。

        气候模型和代理重建的分歧主要出现在北半球的中纬度地区,这种分歧也成为了气候研究中的谜题,称为“全新世气温变化之谜”。研究人员将气候模型和代理重建这两个数据集的各自优点相结合,创建了可追溯到24000年前每200年间隔的更完整、更精确的地球气候变化图。

        重建地球气候变化图

        气候模型可以帮助研究人员预测天气气温, 气象学家首先创建一个反映当前天气气温的模型,给模型加入气温、压力、湿度、风向等观测数据,以得到预测结果。 研究团队将同样的方法应用于过去的气候预测,他们花了七年时间开发了一个结合生物学和地球化学知识的气候模型。

        地球气候变化图(图源:Matthew Osman)

        代理重建方法也可以推测地球历史的气温变化,研究人员观察了海洋生物化石遗骸的化学特征,通过放射性碳测年得知其年代,以获取关于过去气温的信息。由于气温随时间的变化会影响海洋生物化石遗骸的化学成分,研究团队可以利用这一点估计一个地区的气温。

        研究人员仔细审查了来自世界各地海洋的500多份海洋生物的化石遗骸,这些化石遗骸跨越了过去24000年。 研究人员使用代理重建所获得的数据输入到他们开发的气候模型中,填补了以往气候模型没有数据可用的空白,这种方法使他们开发的气候模型更完善、更接近现实。

        这些地图显示了24,000年前地球历史上不同时期的全球平均气温(蓝色越深,气温就越低)(图源: Matthew Osman)

        温室气体排放推动气候变化,冰盖消融则使情况变得更糟。研究人员想弄清楚是否存在其他可能的影响因素,例如植被的变化或土壤矿石的风化等。研究结果表明,这些因素在千年时间尺度上对全球气候的影响很小。

        回 顾地球的过去, 可以为未来变暖提供有用的线索。 研究人员的下一个目标是将研究转向那些 古老的暖期, 更全面地了解地球气候在极端温室条件下的表现。

        来源: 科学媒介中心

        左卫东编译

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