【“全新世溫度謎題”將被破解?《自然》:南極海冰變化或很關鍵】距今約一萬年以來的現代間冰期(全新世)是有一個大暖期還是持續變暖?由於地質記錄和氣候模擬的差異,這個問題成為“全新世溫度謎題”,是古氣候學界乃至整個氣候學界最為熱門的研究課題之一。

12月2日,中國科學院青藏高原研究所研究員、蘭州大學教授張旭和陳發虎院士在《自然》發表評論文章指出,南極海冰變化或是解決“全新世溫度謎題”的關鍵。該評論文章是對2021年1月,美國新澤西州立大學Bova博士等人在《自然》雜志刊發的論文觀點提出的質疑。

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DOI:http://t.cn/A6xOY5W8

評論文章第一作者張旭介紹,全新世溫度謎題目前主要存在兩種爭論:一是如全球海洋和陸地溫度記錄的集成結果所示,全球年均溫在早中全新世有一個大暖期(距今9-7千年),隨後全球變冷直至工業革命以來的再次全球變暖;另一種是氣候模型的模擬結果所揭示的,全新世以來全球年均溫持續變暖。

這兩種爭論至今未有定論。該分歧意味著,如果氣候模型模擬正確,則用於研究古氣候演變的古溫度指標的指示存在偏差;如果古溫度指示正確,那麼用於氣候變化未來預估的氣候模型則存在系統性偏差。

2021年1月,Bova博士等發文,假設距現代間冰期最近的上一個溫暖的末次間冰期(距今12.8-11.5萬年)不存在冰量和溫室氣體變化,其全球溫度的季節差異完全由不同季節的太陽輻射決定,並通過建立季節到年均溫度的轉換函數(Seasonal-to-mean Annual Transformation method,SAT),嘗試剔除古海溫指標中的季節性偏差,以此定量年均溫的變化。

最終得出,全新世以來,全球年均溫呈線性升高趨勢的結論,驗證了此前氣候模擬的結果。該文章發表後得到了學界的高度關注。《自然》在該文的專題報道中指出,“全新世溫度謎題”或已被解決。

張旭和陳發虎對上述文章結論的可靠性提出了質疑。他們指出,Bova等的工作忽略了氣候系統內部的反饋作用對間冰期氣候變化的影響,誇大了太陽輻射對溫度變化的貢獻。因此,結論並不可靠。

他們解釋到,Bova等利用SAT方法定量重建指標中季節信號的前提條件是,溫度變化只受控於太陽輻射。而在全新世,由於北半球冰蓋融化以及大氣溫室氣體上升,溫度變化不能單純歸因於太陽輻射。在末次間冰期時期,北半球冰蓋以及大氣溫室氣體較為穩定,因此Bova等人認為,末次間冰期的溫度變化僅與太陽輻射有關。但是,這一前提假設並不准確。

在末次間冰期時段,雖然冰蓋和溫室氣體相對穩定,但兩極海冰存在顯著變化。海冰變化作為一個典型的氣候系統內部的正反饋過程,海冰增加會導致全球絕大部分區域乃至全球溫度都會顯著變冷。在現代氣候學研究中,海冰因對全球變暖的迅速響應,一直被認為是一種氣候的快反饋過程。

但是,在百年及以上時間尺度上,南極海冰變化,由於其地理位置的特殊性,還受到氣候系統慢反饋過程(即南極冰蓋和大洋深部環流)的調制。因此,在利用SAT對末次間冰期時段溫度指標中的季節偏差進行定量估計時,應當首先將南極海冰引起的溫度變化剔除;否則,將會誇大指標中的季節偏差,導致全新世的年均溫呈上升趨勢。

更值得注意的是,Bova等人用於支持其結論的氣候瞬變模擬試驗沒有很好地考慮南極海冰演變的特性,導致全新世南極海冰的模擬結果與古氣候重建結果不符。如果氣候模型無法正確重現這些對溫度變化有顯著影響的氣候內反饋過程,例如南極海冰的變化。那麼,將模擬結果作為一種評判並解釋古溫度指標意義的參考標准就變得非常牽強。

該評論文章還指出,如果可以在SAT方法中合理考慮南極海冰變化對年均溫度的影響,或將最終解決“全新世溫度謎題”,這將為我們評估氣候模型的可靠性,以及定量氣候系統內不同反饋過程對全球溫度演變的貢獻提供重要的參考。http://t.cn/A6xOY5WY

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