工业革命以来举世变暖正深刻影响地球情况和人类社会的可连续发展。由于器测记录时长的有限性，无法全面获取地球气候体系的变革规律，因此利用地质记录延长气候变革历史，联合气候模式模拟，对全面认识地球气候体系演变的规律及其机制、气候模式评估和将来气候预测至关重要。
如今，地质记录重修和古气候模拟的全新世（～11.7 ka BP以来）举世年均温度变革存在明显差异（Liu et al., 2014）。已有重修表明，年均温在距今～10-6 ka BP最暖（“全新世大暖期”），之后渐渐变冷，工业革命以来的举世变暖逆转了变冷的趋势（Marcott et al., 2013；Kaufman et al., 2020；Zhang et al., 2022）；而古气候模拟则表现，年均温出现全新世的团体增温趋势，现代举世变暖是增温的连续（Liu et al., 2014; Bova et al., 2021; Osman et al., 2021）。上述温度变革的巨大差异，对过去气候重修和模式模拟的正确性提出了挑战，被称为“全新世温度谜题（Holocene temperature conundrum）”（Liu et al., 2014），拦阻了我们对全新世温度变革真实场景及其驱动机制的认识，成为古气候学界研究的核心问题之一。
导致上述差异的原因在于：一方面，大概与气候代用指标的季候性弊端有关（Bova et al., 2021），由于多数生物生长方向夏季，大概导致生物指标更多反映夏季温度变革信息；但到如今，缺乏可靠的、大区域标准的季候性温度证据。另一方面，大概与气候模式的模拟弊端有关，只管在短时间标准上气候模式能较好地模拟当前的温度变革，但是在更长的轨道时间标准上，地球气候体系如何响应季候性太阳辐射、大气CO2和冰量等驱动因子变革，亟待开展深入的研究。
中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂院士研究团队的张文超博士后与互助导师吴海斌研究员，以及于严严副研究员、李琴博士后和耿珺琰博士生，联合南京信息工程大学程军传授、南京大学鹿化煜传授和中科院青藏高原研究所的孙咏副研究员，基于覆盖北半球高质量的1310条孢粉记录（图1），利用现代类比法、转换函数和增强回归树模型三种方法，定量重修了北半球陆地全新世年均温和季候性温度的变革历史，并与古气候模式瞬变模拟效果（TraCE-21ka）举行了体系对比。
图1 北半球全新世孢粉序列和表土孢粉点位空间分布。（a-c）分别为通过明显性查验的年均温、夏季温度和冬季温度重修点位，图中灰色的点为未通过明显性查验的孢粉样点；（d）表土孢粉样点分布
重修效果表现，团体而言，北半球年均温、夏季和冬季温度均出现早-中全新世快速升温和中-晚全新世迟钝降温的特性，季候性温度变革趋势具有同步性，中全新世（～7ka BP）是北半球最温暖的时期（图2）。研究还发现，温度变革具有明显的空间差异，早-中全新世升温趋势重要发生在北美东部、欧洲和亚洲北部；而中-晚全新世降温较为普遍，仅在亚洲北部和北美东南部呈全新世长期变暖的趋势（图3和图4）。
重修效果与TraCE-21ka瞬变模拟效果对比进一步表明，气候模式能较好地模拟北半球早-中全新世年均温和季候性温度的升温趋势（图2和图3），这一趋势重要归因于北半球大陆冰盖溶解（图5）；模式也能较好地模拟夏季温度在中-晚全新世的降温趋势（图2和图4），展现出夏季太阳辐射是其控制因素（图5）；但如今气候模式无法正确重现年均温和冬季温度在中-晚全新世的降温趋势（图2和图4）。
图2 北半球全新世温度变革重修效果及其与气候模式模拟效果（TraCE-21ka）的对比。（a）年均温；（b）夏季温度；（c）冬季温度；（d）温度的季候性变革（即夏季与冬季温度的差值）
图3 EOF分析展现的早-中全新世（11-7 ka BP）温度变革空间格局。（a、d、g）分别为重修的年均、夏季和冬季温度空间格局；（b、e、h）分别为模拟的年均、夏季和冬季温度空间格局；（c、f、i）分别为对应的年均、夏季和冬季温度PC1时间序列。重修的年均、夏季和冬季温度PC1的方差解释量分别为58%、52%和58%，而模拟的方差解释量分别为92%、76%和92%
图4 EOF分析展现的中-晚全新世（7-0 ka BP）温度变革空间格局。（a-i）同图3。重修的年均、夏季和冬季温度PC1的方差解释量分别为36%、31%和42%，而模拟的方差解释量分别为47%、86%和66%
图5 气候模式单强迫模拟试验（TraCE-21ka）中差异气候因子对全新世温度变革的贡献。（a）年均温；（b）夏季温度；（c）冬季温度；（d）温度的季候性变革。ORB：地球轨道参数（太阳辐射）；ICE：冰盖；GHG：大气温室气体浓度；MWF：淡水注入；ALL：全强迫模拟；Reconst.：本次重修效果；Insolation：太阳辐射变革
该项研究从季候性和空间格局的角度，指出重修指标的季候性弊端不是“全新世温度谜题”的重要原因。重修效果支持北半球夏季太阳辐射大概通过植被、海冰等多种气候体系反馈过程，跨季候影响冬季和年均温度变革，而如今的气候模式大概低估了这一影响，增加了对将来气候预测的不确定性，亟需增强对气候体系反馈过程及其机理的研究。
研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（张文超，吴海斌*，程军*，耿珺琰，李琴，孙咏，于严严，鹿化煜，郭正堂. Holocene seasonal temperature evolution and spatial variability over the Northern Hemisphere landmass[J]. Nature Communications,2022, 13(1): 5334. DOI: 10.1038/s41467-022-33107-0）。研究受国家重点研发筹划（2020YFA0607700，2016YFA0600504）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB26000000）和国家天然科学基金（41888101，42177180，41807424，41572165，41690114）等多个项目联合资助。
美编：傅士旭
校对：万鹏 |
