冰河时代的气候线索被发现

科学家的方法有助于解释来自湖泊沉积物的气候数据

地球在上一个冰河时代有多冷?真相可能隐藏在湖泊深处，有助于预测地球将如何再次变暖。湖床沉积物保存着过去年代的化学记录，其中包括上面大气的同时状态。由莱斯大学教授和她的同事领导的科学家们设计了一个新的计算模型来解释他们揭示的内容。

西尔维亚•迪伊(Sylvia Dee)和她的同事们已经创建了一个计算型湖泊代理系统模型，以更直接地与可测量的气候模型变量联系起来的方式，将来自湖泊地表水深处的数据进行转换。他们的工作是Dee公司开发的公共软件平台PRYSM的一部分，并在美国地球物理联盟期刊《古海洋学和古气候学》上发表。研究过去气候的科学家们分析了来自诸如珊瑚和冰芯之类的档案的地球化学信号，或者编码在老树的年轮中，但并不是每个人都用同样的方式来解读这些数据。迪伊的任务是设计简单的模型，帮助更一致地解释过去的气候观测与气候模型，并在此过程中使这些宝贵的档案与未来气候变化的研究更相关。

“我们有几千年前的气候模型模拟，”今年加入Rice的Dee说。“它们帮助我们了解过去温度和降水变化的驱动因素，但我们必须使用过去的气候数据来证实模型的真实性。”“例如，如果一个气候模型与我们从湖泊中重建的温度表现出强烈的一致性，我们可能会得出这样的结论:这个模型的物理原理是可靠的，它可以更好地模拟未来人类活动变暖的情况。”

湖床在层状沉积物中储存了气候历史的证据，可以通过提取岩心来分析和确定年代。迪伊的研究利用气候模型数据来探索和理解科学家们在给定时间内用来重建大气条件的湖泊档案。迪伊说:“地球上最丰富的温度和降水历史都来自湖泊。”“多年来，人们一直在测量沉积物中的各项指标，但将这些数据与气候模型进行比较并不容易。“我就是从那里来的，”她说。“我是一组科学家中的一员，他们致力于在气候模型告诉我们的过去气候系统的变化与数据告诉我们的之间进行转换。”

迪伊和她的团队在非洲的马拉维和坦噶尼喀两个湖泊模拟了湖的温度和气候档案，这两个湖泊的历史可以追溯到21000年前的最后一个冰川时期，当时全球气温估计比今天低3到5摄氏度。“这是气候学家明确的目标，”她说。“我们从过去得到的线索告诉我们非洲大陆有多冷。这是地球气候历史上最后一次由于二氧化碳的压力导致平均气候发生戏剧性的变化，我们用它作为气候模型性能的测试平台。在测试用例中，PRYSM的模拟显示湖泊温度代理低估了空气温度的变化。迪伊说:“人们通常认为，沉积物中湖泊温度的重建反映了气温的变化。”“我们假设它们会同时变化。我们的模型模拟显示湖实际上是在阻尼温度信号。“例如，如果模拟的空气温度显示自上次非洲冰河期以来的最高气温上升了4摄氏度，而湖水温度上升到3摄氏度，我们可能会错误地得出这样的结论:空气温度比实际温度高了整整1摄氏度。”从本质上说，我们能够量化在我们对过去温度变化的解释中，人们可能预期的误差。

这些错误仅仅是湖泊造成的，”她说。“知道这一点很重要，”迪伊说。“这些湖泊重建是唯一的数据，可以帮助我们了解在全球变暖的情况下，非洲大陆的温度将如何演变。”我们希望PRYSM能够以更高的信心来抑制这些气候变化。开源的PRYSM是2.0版本，明确设计用于模拟湖泊中的气候档案。迪伊建造了第一个模型来模拟冰芯、珊瑚、洞穴沉积物和树环纤维素。她和她的同事计划随着时间的推移添加更多已知的古气候代理。因为PRYSM是开源的，任何人都可以访问代码(通过GitHub)并增强它。

迪伊说:“我正试图让建模和古气候研究领域的每个人都互相交流。”“PRYSM的目的是让两个社区都明白，我们不能拿苹果和橘子作比较。我们需要以一种更正式的方式比较古气候数据和模型模拟，这样做，我们希望极大地改善我们对过去气候变化的解释。她说:“能够获得过去气温的快照的好处是，我们有希望对地球如何应对持续的人为气候变化有更广泛的了解。”“我们对过去150年发生的事情进行了直接测量。但如果我们再往前看，二氧化碳的变化更大，火山活动的变化更大，地球上的冰盖也更大。那些是沉重的锤子。他们帮助我们理解气候如何对更强的压力做出反应。