中国科学家评“全新世温度谜题”:南极海冰变化或是关键

2021年12月06日 14:31 次阅读 稿源:中新网 条评论

人类赖以生存的地球距今1万年(全新世)以来,是冷暖交替还是持续变暖?这一被誉为“全新世温度谜题”的地质记录和气候模拟差异研究,长期以来备受学界关注,两种观点争论也一直持续。

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中国科学院青藏高原研究所(中科院青藏高原所)陈发虎院士团队近日在国际著名学术期刊《自然》发表评论文章指出,南极海冰变化或是解决“全新世温度谜题”的关键,对《自然》今年1月刊发美国学者相关“全新世以来,全球年均温呈线性升高趋势”结论提出质疑。

评论文章第一作者、中科院青藏高原所研究员、兰州大学教授张旭专门从事海洋-大气-冰冻圈多圈层相互作用的模拟研究,他介绍说,“全新世温度谜题”目前主要存在两种争论:一是如全球海洋和陆地温度记录的集成结果所示,全球年均温在早中全新世有一个大暖期(距今9000-7000年),随后全球变冷直至工业革命以来的再次全球变暖;另一种是气候模型的模拟结果所揭示的、全新世以来全球年均温持续变暖。这两种争论至今未有定论,如果气候模型模拟正确,则用于研究古气候演变的古温度指标的指示存在偏差;如果古温度指示正确,那么用于气候变化未来预估的气候模型则存在系统性偏差。

海冰对定量评估温度指标U1485季节偏差和年均温的影响。 中科院青藏高原所 供图

美国新泽西州立大学博瓦(Bova)博士等人之前在《自然》发文,他们假设距现代间冰期最近的上一个温暖的末次间冰期(距今约12.8-11.5万年)不存在冰量和温室气体变化,其全球温度的季节差异完全由不同季节的太阳辐射决定,并通过建立季节到年均温度的转换函数(SAT),尝试剔除古海温指标中的季节性偏差,以此定量年均温的变化,最终得出全新世以来,全球年均温呈线性升高趋势的结论,验证此前气候模拟的结果。此文发表后学界高度关注,《自然》专题报道中认为,“全新世温度谜题”或已被解决。

张旭研究员和陈发虎院士对该文结论的可靠性提出质疑指出,博瓦等工作忽略了气候系统内部的反馈作用对间冰期气候变化的影响,夸大了太阳辐射对温度变化的贡献,因此结论并不可靠。

他们在评论文章中详细分析说,博瓦等利用SAT方法定量重建指标中季节信号的前提条件是,温度变化完全控于太阳辐射,并且两者是线性关系。在全新世,由于北半球冰盖融化以及大气温室气体上升,温度变化不能单纯归因于太阳辐射。在末次间冰期时期,北半球冰盖以及大气温室气体较为稳定,因此,博瓦等人认为末次间冰期的温度变化仅与太阳辐射有关,但这一前提假设并不准确。

在末次间冰期时段,虽然冰盖和温室气体相对稳定,但两极海冰存在显著变化。海冰变化作为一个典型的气候系统内部的正反馈过程,海冰增加会导致全球绝大部分区域乃至全球温度都会显著变冷。在现代气候学研究中,海冰因对全球变暖的迅速响应,一直被认为是一种气候的快反馈过程。但是,在百年及以上时间尺度上,南极海冰变化,由于其地理位置的特殊性,还受到气候系统慢反馈过程(即南极冰盖和大洋深部环流)的调制。因此,在利用SAT对末次间冰期时段温度指标中的季节偏差进行定量估计时,应当首先将南极海冰引起的温度变化剔除,否则将会夸大指标中的季节偏差,导致全新世的年均温呈上升趋势。

更值得注意的是,博瓦等人用于支持其结论的气候瞬变模拟试验没有很好地考虑南极海冰演变的特性,导致全新世南极海冰的模拟结果与古气候重建结果不符。如果气候模型无法正确重现这些对温度变化有显著影响的气候内反馈过程,例如南极海冰的变化,那么,将模拟结果作为一种评判并解释古温度指标意义的参考标准就变得非常牵强。

张旭、陈发虎在《自然》评论文章中表示,如果可以在SAT方法中合理考虑南极海冰变化对年均温度的影响,或将最终解决“全新世温度谜题”,这将为评估气候模型的可靠性以及定量气候系统内不同反馈过程对全球温度演变的贡献,提供重要的参考。

中科院青藏高原所称,该所古生态与人类适应团队的研究目标之一就是认识青藏高原温度变化的海拔依赖性和放大器作用,后续将重点探索青藏高原这一地球第三极与北极、南极间的相互作用,以及其对全球温度的影响。

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