冰河時(shí)代的氣候線索被發(fā)現(xiàn)

科學(xué)家的方法有助于解釋來自湖泊沉積物的氣候數(shù)據(jù)

地球在上一個(gè)冰河時(shí)代有多冷?真相可能隱藏在湖泊深處，有助于預(yù)測地球?qū)⑷绾卧俅巫兣?。湖床沉積物保存著過去年代的化學(xué)記錄，其中包括上面大氣的同時(shí)狀態(tài)。由萊斯大學(xué)教授和她的同事領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們設(shè)計(jì)了一個(gè)新的計(jì)算模型來解釋他們揭示的內(nèi)容。

西爾維亞?迪伊(Sylvia Dee)和她的同事們已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)算型湖泊代理系統(tǒng)模型，以更直接地與可測量的氣候模型變量聯(lián)系起來的方式，將來自湖泊地表水深處的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。他們的工作是Dee公司開發(fā)的公共軟件平臺(tái)PRYSM的一部分，并在美國地球物理聯(lián)盟期刊《古海洋學(xué)和古氣候?qū)W》上發(fā)表。研究過去氣候的科學(xué)家們分析了來自諸如珊瑚和冰芯之類的檔案的地球化學(xué)信號(hào)，或者編碼在老樹的年輪中，但并不是每個(gè)人都用同樣的方式來解讀這些數(shù)據(jù)。迪伊的任務(wù)是設(shè)計(jì)簡單的模型，幫助更一致地解釋過去的氣候觀測與氣候模型，并在此過程中使這些寶貴的檔案與未來氣候變化的研究更相關(guān)。

“我們有幾千年前的氣候模型模擬，”今年加入Rice的Dee說?！八鼈儙椭覀兞私膺^去溫度和降水變化的驅(qū)動(dòng)因素，但我們必須使用過去的氣候數(shù)據(jù)來證實(shí)模型的真實(shí)性?！薄袄纾绻粋€(gè)氣候模型與我們從湖泊中重建的溫度表現(xiàn)出強(qiáng)烈的一致性，我們可能會(huì)得出這樣的結(jié)論:這個(gè)模型的物理原理是可靠的，它可以更好地模擬未來人類活動(dòng)變暖的情況?！?/p>

湖床在層狀沉積物中儲(chǔ)存了氣候歷史的證據(jù)，可以通過提取巖心來分析和確定年代。迪伊的研究利用氣候模型數(shù)據(jù)來探索和理解科學(xué)家們在給定時(shí)間內(nèi)用來重建大氣條件的湖泊檔案。迪伊說:“地球上最豐富的溫度和降水歷史都來自湖泊?！薄岸嗄陙恚藗円恢痹跍y量沉積物中的各項(xiàng)指標(biāo)，但將這些數(shù)據(jù)與氣候模型進(jìn)行比較并不容易?！拔揖褪菑哪抢飦淼?，”她說?！拔沂且唤M科學(xué)家中的一員，他們致力于在氣候模型告訴我們的過去氣候系統(tǒng)的變化與數(shù)據(jù)告訴我們的之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。”

迪伊和她的團(tuán)隊(duì)在非洲的馬拉維和坦噶尼喀兩個(gè)湖泊模擬了湖的溫度和氣候檔案，這兩個(gè)湖泊的歷史可以追溯到21000年前的最后一個(gè)冰川時(shí)期，當(dāng)時(shí)全球氣溫估計(jì)比今天低3到5攝氏度?！斑@是氣候?qū)W家明確的目標(biāo)，”她說?！拔覀儚倪^去得到的線索告訴我們非洲大陸有多冷。這是地球氣候歷史上最后一次由于二氧化碳的壓力導(dǎo)致平均氣候發(fā)生戲劇性的變化，我們用它作為氣候模型性能的測試平臺(tái)。在測試用例中，PRYSM的模擬顯示湖泊溫度代理低估了空氣溫度的變化。迪伊說:“人們通常認(rèn)為，沉積物中湖泊溫度的重建反映了氣溫的變化?！薄拔覀兗僭O(shè)它們會(huì)同時(shí)變化。我們的模型模擬顯示湖實(shí)際上是在阻尼溫度信號(hào)。“例如，如果模擬的空氣溫度顯示自上次非洲冰河期以來的最高氣溫上升了4攝氏度，而湖水溫度上升到3攝氏度，我們可能會(huì)錯(cuò)誤地得出這樣的結(jié)論:空氣溫度比實(shí)際溫度高了整整1攝氏度?！睆谋举|(zhì)上說，我們能夠量化在我們對過去溫度變化的解釋中，人們可能預(yù)期的誤差。

這些錯(cuò)誤僅僅是湖泊造成的，”她說?！爸肋@一點(diǎn)很重要，”迪伊說。“這些湖泊重建是唯一的數(shù)據(jù)，可以幫助我們了解在全球變暖的情況下，非洲大陸的溫度將如何演變。”我們希望PRYSM能夠以更高的信心來抑制這些氣候變化。開源的PRYSM是2.0版本，明確設(shè)計(jì)用于模擬湖泊中的氣候檔案。迪伊建造了第一個(gè)模型來模擬冰芯、珊瑚、洞穴沉積物和樹環(huán)纖維素。她和她的同事計(jì)劃隨著時(shí)間的推移添加更多已知的古氣候代理。因?yàn)镻RYSM是開源的，任何人都可以訪問代碼(通過GitHub)并增強(qiáng)它。

迪伊說:“我正試圖讓建模和古氣候研究領(lǐng)域的每個(gè)人都互相交流?！薄癙RYSM的目的是讓兩個(gè)社區(qū)都明白，我們不能拿蘋果和橘子作比較。我們需要以一種更正式的方式比較古氣候數(shù)據(jù)和模型模擬，這樣做，我們希望極大地改善我們對過去氣候變化的解釋。她說:“能夠獲得過去氣溫的快照的好處是，我們有希望對地球如何應(yīng)對持續(xù)的人為氣候變化有更廣泛的了解。”“我們對過去150年發(fā)生的事情進(jìn)行了直接測量。但如果我們再往前看，二氧化碳的變化更大，火山活動(dòng)的變化更大，地球上的冰蓋也更大。那些是沉重的錘子。他們幫助我們理解氣候如何對更強(qiáng)的壓力做出反應(yīng)。