重建地球過去的氣候，特別是針對儀器觀測之前的地球氣候，是瞭解自然氣候變率的關鍵。地質記錄是承載地球過去氣候變化的重要證據，但其呈現的結果往往在空間上很難連續，氣候模式的不斷髮展為古氣候模擬提供了重要手段，其模擬結果可直接給出時空連續的氣候分佈。然而由於地質記錄與氣候模式各自存在不同程度的不確定性，導致二者之間的對比一直乏善可陳，甚至結論相左。古氣候模擬先驅John E. Kutzbach曾指出氣候研究必須將模擬與記錄緊密結合才能更好地理解過去氣候及預測未來氣候變化。如何將地質記錄與模擬結果結合，使其更全面地還原地球歷史氣候是當今古氣候研究領域的一個熱點。在最近的研究中，美國華盛頓大學大氣科學系學者們基於現代數值天氣預報中的資料同化技術將地質記錄（樹輪、冰芯、珊瑚同位素等）約束、融和模擬結果獲得了過去千年以來的全球網格化的古氣溫序列（Hakim et al., 2016，Tardif et al., 2019）；這一方法的應用開闢了古氣候重建領域的新天地（Tierney et al.,2020）。
近日，來自美國亞利桑那大學地球科學系團隊Mattew B. Osman博士、Jessica E.Tierney博士等聯合美國國家大氣研究中心Zhu Jiang博士及美國華盛頓大學大氣科學系團隊Robert Tardif、Gregory Hakim等學者再次利用資料同化方法，將過去24000年（24 ka）以來的500多組海溫重建序列與17組氧同位素耦合模型試驗結果相融合，獲得了首套高時間解析度（200年）的末次冰盛期以來的全球網格化分佈的氣溫再分析場(LGMR)，為理解末次冰盛期以來氣候變化響應外部強迫提供了重要依據。
圖1 過去24千年（ka）以來全球平均地表氣溫重建（Osman et al.,2021）
Osman等的結果顯示從24 ka至17 ka左右，地球一直處在寒冷的冰期狀態；從16.9 ka開始，全球範圍的冰消期突然建立，全球氣溫快速回升；在經歷千年尺度的新仙女木冷事件後（12.8 ka-11.7 ka），地球氣候進入了向現代間冰期的最後過渡階段，從早中全新世開始至工業革命前，全球增溫幅度放緩，但仍保持0.5℃的顯著弱增溫（圖1）。Osman等認為，24 ka以來的氣候變化可主要歸因於兩個方面：1) 冰蓋及溫室氣體變化導致的輻射強迫；2）大西洋經圈翻轉環流變化疊加太陽輻射的季節性變化。基於其重建的氣溫序列結果，Osman等進一步指出，與過去24 ka地球歷史氣候相比，現代氣候變暖的速度和幅度都是非同尋常的，這與IPCC第六次評估報告相呼應。
圖2 全新世以來全球地表氣溫重建及模擬結果對比(Osman et al., 2021)
與已有的地質記錄重建相比，Osman等重建結果的主要差異體現在早中全新世至工業革命前這一時期（圖2）。基於海洋及陸地記錄重建的氣溫序列均顯示，從早中全新世開始（7 ka）至工業革命前，全球地表氣溫呈現逐漸下降的趨勢（圖2紅色曲線；Marcott et al., 2013; Kaufmann et al., 2020）；而Osman等的重建則與瞬變模擬TraCE的結果較為一致(圖2藍色曲線；Liu et al.,2009)，呈現緩慢增溫的狀態。作者給出的解釋是因為地質記錄點位空間分佈不均勻，導致全球平均計算存在偏差。值得注意的是，Osman等的重建結果的可靠性也存在一些挑戰。首先,該套同化結果均是基於iCESM1.2/1.3單一的模式，雖然作者用了不同驗證方法來強調結果的可靠性，但這的確需要後期更多的模式工作進行驗證；此外，Osman等的工作只融合了海溫重建資料資訊，並未加入陸地的重建資料，這勢必會對現有的結果造成一定的影響，這也是未來研究工作中可以繼續探討的方向。
總而言之，Osman等的工作是地質記錄與模擬結合的成功典範，它不僅為人們研究24 ka以來的氣候變化提供了重要依據，也為古氣候學者重建更深時的地球氣候提供了新思路。
主要參考文獻（上下滑動檢視）
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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.（原文連結）
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：譚寧/新生代室
美編：陳菲菲
校對：覃華清 江淑敏
