Nature末次冰盛期以来的全球地表气温全时空重建

　　重建地球过去的气候，特别是针对仪器观测之前的地球气候，是了解自然气候变率的关键。地质记录是承载地球过去气候变化的重要证据，但其呈现的结果往往在空间上很难连续，气候模式的不断发展为古气候模拟提供了重要手段，其模拟结果可直接给出时空连续的气候分布。然而由于地质记录与气候模式各自存在不同程度的不确定性，导致二者之间的对比一直乏善可陈，甚至结论相左。古气候模拟先驱John E. Kutzbach曾指出气候研究必须将模拟与记录紧密结合才能更好地理解过去气候及预测未来气候变化。如何将地质记录与模拟结果结合，使其更全面地还原地球历史气候是当今古气候研究领域的一个热点。在最近的研究中，美国华盛顿大学大气科学系学者们基于现代数值天气预报中的资料同化技术将地质记录（树轮、冰芯、珊瑚同位素等）约束、融和模拟结果获得了过去千年以来的全球网格化的古气温序列（Hakim et al., 2016，Tardif et al., 2019）；这一方法的应用开辟了古气候重建领域的新天地（Tierney et al.,2020）。
　　近日，来自美国亚利桑那大学地球科学系团队Mattew B. Osman博士、Jessica E.Tierney博士等联合美国国家大气研究中心Zhu Jiang博士及美国华盛顿大学大气科学系团队Robert Tardif、Gregory Hakim等学者再次利用资料同化方法，将过去24000年（24 ka）以来的500多组海温重建序列与17组氧同位素耦合模型试验结果相融合，获得了首套高时间分辨率（200年）的末次冰盛期以来的全球网格化分布的气温再分析场(LGMR)，为理解末次冰盛期以来气候变化响应外部强迫提供了重要依据。
　　图1 过去24千年（ka）以来全球平均地表气温重建（Osman et al.,2021）
　　Osman等的结果显示从24 ka至17 ka左右，地球一直处在寒冷的冰期状态；从16.9 ka开始，全球范围的冰消期突然建立，全球气温快速回升；在经历千年尺度的新仙女木冷事件后（12.8 ka-11.7 ka），地球气候进入了向现代间冰期的最后过渡阶段，从早中全新世开始至工业革命前，全球增温幅度放缓，但仍保持0.5 的显著弱增温（图1）。Osman等认为，24 ka以来的气候变化可主要归因于两个方面：1) 冰盖及温室气体变化导致的辐射强迫；2）大西洋经圈翻转环流变化叠加太阳辐射的季节性变化。基于其重建的气温序列结果，Osman等进一步指出，与过去24 ka地球历史气候相比，现代气候变暖的速度和幅度都是非同寻常的，这与IPCC第六次评估报告相呼应。
　　图2 全新世以来全球地表气温重建及模拟结果对比(Osman et al., 2021)
　　与已有的地质记录重建相比，Osman等重建结果的主要差异体现在早中全新世至工业革命前这一时期（图2）。基于海洋及陆地记录重建的气温序列均显示，从早中全新世开始（7 ka）至工业革命前，全球地表气温呈现逐渐下降的趋势（图2红色曲线；Marcott et al., 2013; Kaufmann et al., 2020）；而Osman等的重建则与瞬变模拟TraCE的结果较为一致(图2蓝色曲线；Liu et al.,2009)，呈现缓慢增温的状态。作者给出的解释是因为地质记录点位空间分布不均匀，导致全球平均计算存在偏差。值得注意的是，Osman等的重建结果的可靠性也存在一些挑战。首先,该套同化结果均是基于iCESM1.2/1.3单一的模式，虽然作者用了不同验证方法来强调结果的可靠性，但这的确需要后期更多的模式工作进行验证；此外，Osman等的工作只融合了海温重建资料信息，并未加入陆地的重建资料，这势必会对现有的结果造成一定的影响，这也是未来研究工作中可以继续探讨的方向。
　　总而言之，Osman等的工作是地质记录与模拟结合的成功典范，它不仅为人们研究24 ka以来的气候变化提供了重要依据，也为古气候学者重建更深时的地球气候提供了新思路。
　　主要参考文献（上下滑动查看）
　　Hakim G J, Emile‐Geay J, Steig E J, et al. The last millennium climate reanalysis project: Framework and first results[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2016, 121(12): 6745-6764.
　　Kaufman D, McKay N, Routson C, et al. Holocene global mean surface temperature, a multi-method reconstruction approach[J]. Scientific Data, 2020, 7(1): 1-13.
　　Liu Z, Otto-Bliesner B L, He F, et al. Transient simulation of last deglaciation with a new mechanism for Bolling-Allerod warming[J]. Science, 2009, 325(5938): 310-314.
　　Marcott S A, Shakun J D, Clark P U, et al. A reconstruction of regional and global temperature for the past 11,300 years[J]. Science, 2013, 339(6124): 1198-1201.
　　Osman M B, Tierney J E, Zhu J, et al. Globally resolved surface temperatures since the Last Glacial Maximum[J]. Nature, 2021, 599: 239-244.（原文链接）
　　Tardif R, Hakim G J, Perkins W A, et al. Last Millennium Reanalysis with an expanded proxy database and seasonal proxy modeling[J]. Climate of the Past, 2019, 15(4): 1251-1273.
　　Tierney J E, Zhu J, King J, et al. Glacial cooling and climate sensitivity revisited[J]. Nature, 2020, 584(7822): 569-573.
　　撰稿：谭宁/新生代室
　　美编：陈菲菲
　　校对：覃华清 江淑敏