Science Bulletin：全新世陆地夏季温度变化及其降温趋势

Marine Sedimentology · 公众号 · 科技创业科技自媒体 · 2024-10-02 00:00

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Science Bulletin 2024年第18期发表了题为“Millennial changes and cooling trends in land surface warm-season temperatures during the Holocene”的研究论文。该研究利用细菌的支链四醚膜脂类化合物重建了全新世陆地夏季温度变化，揭示出与古气候模拟一致的持续降温趋势，主要由全新世早期岁差高峰引起的北半球太阳辐射减少驱动。

全新世是地球距今近1.2万年的时期，其温度变化对于我们理解地球气候系统的演变至关重要。在过去几十年的研究中，全新世年平均温度（MAT）一直备受争议。基于各种海洋、陆地和多代理指标重建结果显示出在全新世期间存在一致全球变冷趋势。然而，大多数古气候模拟的MAT变化显示，在整个全新世期间，全球变暖的势头非常强劲。最近的一项研究表明，以前的年平均海面温度重建存在季节性偏差，消除这种季节性偏差后会导致变暖的结果。此外，近期也有研究指出，陆地水文气候的变化也会影响全新世时期的温度重建，特别是在湿润地区。由北极放大效应驱动的模式模拟可能导致季节性校正的温度升高，因此准确的季节温度重建对于全面地理解全新世温度变化趋势至关重要。然而，由于缺乏能够量化重建全球性的千年尺度季节性温度的代用指标和校准模型，我们对于全新世温度变化及其驱动机制的认识仍然有限。

来自北京大学等机构的研究团队利用源自地表土壤和湖泊沉积物细菌的支链四醚膜脂类化合物（brGDGT），建立了两个适用于重建全球平均暖季温度（MWT，北半球：6、7、8月的平均气温；南半球：12、1、2月的平均气温）的模型（brGDGT-MWT）。他们采用深度学习神经网络分析，将这些模型应用于覆盖全新世的全球湖泊、泥炭地和黄土剖面（图1）。

图1 该研究中brGDGTs位点的位置。橙色点代表地表土壤样品(n=920)，蓝色点代表湖泊沉积物样品(n=537)，红色三角形代表干旱地区(MAP < 400 mm, n=2)的沉积剖面，蓝色三角形代表湿润、半湿润和半干旱地区(n=13)的沉积剖面。

研究发现，几乎所有对于MWT的重建结果与气候模式模拟（TraCE21 ka）的结果在温度变化趋势上表现出较强的一致性。具体而言，自全新世早期以来陆地MWT呈现降温趋势，这主要是由于北半球在全新世以来夏季太阳辐射逐渐减少。该MWT变化趋势也与前人基于孢粉和多指标重建的北半球MWT变化趋势一致（图2）。

图2 全新世北半球夏季温度变化趋势对比。(a) 基于brGDGT-DLNN模型的平均夏季温度(MWT)重建。(b) 基于花粉的夏季气温重建。(c) 来自Kaufman等人的夏季温度重建。(d) 温室气体的辐射强迫记录。(e) 基于TraCE21ka模拟的8~4 ka MWT值减去4~0 ka MWT值的全球格局。(f) 北半球夏季太阳辐射量较过去12000年前的变化格局。

除此之外，该研究还创新性地提出了一种简单有效的评估千年尺度冬季温度的方法，即在同时获得两个剖面MAT和MWT的前提下，使用这两个值可以间接计算冬季温度（2*MAT≈MWT + Winter temperature）。研究人员在中国南方的两个沉积剖面（SWGT，已被验证没有任何季节偏差）上验证了该方法，并重建出了整个全新世时期中国南方冬季温度的变化趋势。该温度的变化趋势也与气候模式模拟（TraCE21 ka）的结果在冬季温度的变化趋势上表现出较强的一致性（图3）。

图3 (a) 基于brGDGT重建的SWGT剖面冬季平均温度变化趋势。(b) 基于brGDGT重建的SWGT剖面年平均温度变化趋势。(c) 北半球冬季太阳辐射量较过去12000年前的变化格局。(d) 基于TraCE21ka模拟计算的8~4 ka 冬季温度值减去4~0 ka 冬季温度值的全球格局。

这项工作的研究者认为，brGDGT在地层中有着相对抗降解、易保存、沉积载体广泛等优势，能够为定量重建夏季温度提供重要的信息。此外，该气候代用指标也为研究全球冬季温度提供了独特的契机。

文章信息

Zheng Yukun, Liu Hongyan, Wang Hongya, Xie Shucheng, Yang Huan, Feng Siwen, Zhang Zeyu, Zhao Wenjie, Liang Boyi. Millennial changes and cooling trends in land surface warm-season temperatures during the Holocene. Science Bulletin, 2024, 69(18): 2930-2937. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.05.008

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