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【前沿報道】Nature:全球過去2000年年平均溫度空間格局多指標集成
2019-07-25 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  基于多種類型的氣候代用記錄,利用數理統計方法格點化重建古氣候變化空間格局,已成爲闡明古氣候變化的空間特征和區域差異,捕獲重大古氣候環境事件區域協同變化規律,探究區域生態環境曆史空間演變過程不可或缺的重要手段和研究方向。 

  然而,由于氣候代用記錄信噪比較小,不同類型的代用記錄對溫度響應的季節性、區域代表性和時間分辨率等均有明顯差異,導致古氣候重建結果中包含了非氣候本身所引起的變化信息的非均一性問題,限制了古氣候格點數據分析結論的可靠性和准確性。早在1998年,美國學者MannBradleyHughesNature發表了過去600年的全球年平均溫度格點化空間格局(Mann et al. 1998),第一次展示了曆史時期全球年平均溫度的空間均一化結果。但由于其所用代用記錄的空間分布較爲稀疏,空間代表性不足,所以更多的是討論其半球的溫度平均序列變化的特征及可能機理,而非空間格局變化本身。隨後基于10年新公開的記錄,Mann等再次集成了過去1500年全球年平均溫度的空間格局(Mann et al. 2009),給出了中世紀暖期(公元 950-1250)和小冰期(公元 1400-1700)的全球溫度異常分布,並指出中世紀暖期赤道太平洋呈現類似拉尼娜的海溫型,然而學界對其重建方法假定過去氣候變化遵循儀器觀測時段的空間結構仍有不同評價。 

  爲了避免重建方法對空間格局重建的影響,瑞士古氣候科學家Raphael Neukom與合作者基于古全球變化(PAGES)過去2000年古全球變化研究網絡(PAGES2k network)公開的過去2000年古溫度代用記錄數據集(PAGES2k Consortium2017),利用六種統計方法,重建了過去2000年全球年平均溫度的空格格局(Neukom et al., 2019),指出過去2000年工業革命前並不存在全球各地一致的溫暖和寒冷時期(如圖1a1b1d1e所示),相關成果近日發布于Nature

  Raphael Neukom博士指出:在小冰期全球均經曆了較爲寒冷的時期,但並不是在同一時間。如圖1e所示,在小冰期,中東太平洋的大部分地區可能是15世紀最冷,在西北歐和北美東南部最冷時期發生在17世紀,而其余大部分地區出現最冷期概率最大的時期是在19世紀中期。該研究揭示由歐洲和北美曆史氣候所定義的全球可能同時出現的兩個溫暖期和兩個寒冷期的假設是不成立的。理由是工業革命前過去2000年區域氣候主要受氣候系統內部隨機波動的影響,而火山爆發或太陽活動等外部因素不足以在幾十年甚至幾個世紀的時間內在全世界引起明顯的一致的溫暖或寒冷。不同地區的最低和最高溫度發生時間不同,因此,從區域尺度的增溫現象中(如歐洲和北美經常提到的中世紀暖期)不能得到全球一致增溫的推論。”Raphael Neukom博士說。而從過去2000年來看現代暖期則非常不同,全球超過98%的地區過去2000年中最溫暖的時期最有可能發生在20世纪(如圖1c所示)。這再次表明,現代暖期不能通過隨機波動來解釋,而更有可能是由于人爲排放的二氧化碳和其他溫室氣體所導致的。 

1  過去2000年三个暖期和二个冷期出现概率最高的最暖和最冷世纪时限圖。时期标题括号中的数字指示了每个时期执行搜索最高集合概率的51年溫度平均最暖或最冷世紀的時間範圍(改自Neukom et al., 2019

  現代氣候格點數據集已被廣泛用于描述氣候變化的時空特征,檢驗和同化氣候模式,提高模式對未來氣候變化的預估能力。相信隨著古氣候學界對代用記錄響應氣象要素機理研究的不斷深入,以及不同類型代用記錄的融合和同化方法不斷湧現,古氣候格點資料也會成爲揭示古氣候時空演變規律的關鍵證據。     

  附:文章重建結果的數據下載以及進一步的信息,可參考古全球變化(PAGES網頁     

  主要參考文獻 

  Mann M E, Bradley R S, Hughes M K. Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries[J]. Nature, 1998, 392(6678): 779-787.原文鏈接 

  Mann M E, Zhang Z, Rutherford S, et al. Global signatures and dynamical origins of the Little Ice Age and Medieval Climate Anomaly[J]. Science, 2009, 326(5957): 1256-1260.原文鏈接 

  Neukom R, Steiger N, Gómez-Navarro  J J, et al. No evidence for globally coherent warm and cold periods over the pre-industrial Common Era[J]. Nature, 2019, 571(7766):550-554.(原文鏈接) 

  PAGES2k Consortium. A global multiproxy database for temperature reconstructions of the Common Era[J]. Scientific Data, 2017, 4: 170088.原文鏈接 

  (撰稿:史鋒/新生代室)

 
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