摘要
过去24000年的气候变化为了解地球系统对外部强迫的响应提供了关键的见解。气候模式模拟1,2代理数据3.,4,5,6,7,8独立地研究了这一关键区间;然而,他们有时会得出不同的结论。在这里,我们利用古气候数据同化来利用这两种类型的信息9,10以200年分辨率首次对末次冰期地表温度变化进行代理约束的全场再分析。我们证明了过去2.4万年的温度变化与两种主要的气候机制有关:冰盖和温室气体的辐射强迫;海洋的变化叠加在一起推翻了环流和季节性日照。与之前基于代理的重建相比6,7我们的研究结果表明,自全新世早期(约9000年前)以来,全球平均气温略有但稳步上升~0.5°C。与最近的温度变化相比11我们的重新分析表明,与过去2.4万年的变化相比,现代变暖的速度和幅度都不寻常。
这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问
相关的文章
引用本文的开放获取文章。
史前人类在Sundaland和南亚之间的迁徙是由海平面上升推动的
通信生物学开放获取2023年2月04日
全新世期间南极洲西部的季节温度
自然开放获取2023年1月11日
从黄土沉积物中的蚯蚓方解石颗粒定量估计中欧气候动态的千年时间尺度
通讯地球与环境开放获取2022年11月21日
访问选项
访问《自然》和其他54种《自然》杂志
获取Nature+,我们最超值的在线订阅
每月29.99美元
随时取消
订阅这本杂志
收到51个印刷问题和在线访问
199.00美元一年
每期仅需3.90美元
租或购买这篇文章
只要这篇文章,只要你需要它
39.95美元
价格可能受当地税收的影响,在结账时计算
数据可用性
所有LGMR和相关的代理数据均可通过美国国家海洋和大气管理局(NOAA)古气候学数据档案(https://www.ncdc.noaa.gov/paleo/study/33112).本文提供了原始数据。
代码的可用性
用于重建的MATLAB代码(DASH)已公开提供(https://github.com/JonKing93/DASH),以及本研究中使用的所有伴随的贝叶斯代理正向模型(BAYSPAR、BAYSPLINE、BAYFOX和BAYMAG) (https://github.com/jesstierney).iCESM1.2模型代码可在https://github.com/NCAR/iCESM1.2.
参考文献
刘,Z.等。末次消冰的瞬态模拟及b ø ling- allerd变暖新机制。科学325, 310-314(2009)。
刘,Z.等。全新世的温度难题。国家科学院学报美国111, e3501-e3505(2014)。
沙坤,J. D.等。全球变暖之前,在最后一次冰川消退期间,二氧化碳浓度增加。自然484, 49-54(2012)。
施耐德,C. W.过去两百万年全球温度的演变。自然538, 226-228(2016)。
Bereiter, B., Shackleton, S., Baggenstos, D., Kawamura, K. & Severinghaus, J.最后一次冰川转变期间的全球海洋平均温度。自然553, 39-44(2018)。
Marcott, s.a., Shakun, j.d., Clark, p.u. & Mix, a.c.过去11,300年区域和全球温度的重建。科学339, 1198-1201(2013)。
考夫曼,D.等。全新世全球平均地表温度多方法重建方法。科学。数据7, 201(2020)。
波瓦生,罗森塔尔,刘震,高达德,沈平,闫明。全新世和末次间冰期热最大值的季节成因。自然589, 548-553(2021)。
哈基姆,G. J.等。上一个千年气候再分析项目:框架和初步成果。j .地球物理学。研究大气压。121, 6745-6764(2016)。
蒂尔尼,J. E.等。重新审视冰川冷却和气候敏感性。自然584, 569-573(2020)。
莫里斯,c.p.等。1850年以来近地表温度变化的最新评估:HadCRUT5数据集。j .地球物理学。研究大气压。126, e2019JD032361(2020)。
马西塞克,J.,舒曼,B. N.,巴特莱因,P. J.,谢弗,S. L. &布鲁尔,S.调和全新世温度的分歧趋势和千年变化。自然554, 92-96(2018)。
巴根斯托,D.等人。地球从末次冰期到现在的辐射不平衡。国家科学院学报美国116, 14881-14886(2019)。
Kageyama等人。PMIP4-CMIP6末次冰期最大值实验:初步结果及与PMIP3-CMIP5模拟的比较。爬。过去的17, 1065-1089(2021)。
布里尔利,c.m.等人。全新世中期PMIP4-CMIP6模拟的大尺度特征及评价爬。过去的16, 1847-1872(2020)。
公园,H.-S。,Kim, S.-J., Stewart, A. L., Son, S.-W. & Seo, K.-H. Mid-Holocene Northern Hemisphere warming driven by Arctic amplification.科学。睡觉。5, eaax8203(2019)。
Tardif, R.等人。上个千年再分析与扩展的代理数据库和季节性代理模型。爬。过去的15, 1251-1273(2019)。
田尔尼,J. E. &廷利,M. P. A贝叶斯,空间变化校准模型的TEX86代理。Geochim。Cosmochim。学报127, 83-106(2014)。
蒂尔尼,J. E. &廷利,M. P. BAYSPLINE:一个新的校准烯烃酮古温度表。Paleoceanogr。Paleoclimatol。33, 281-301(2018)。
马列维奇,S. B.,维特尔,L. &蒂尔尼,J. E.全球核顶级δ校准18浮游有孔虫对海洋表面温度的影响。Paleoceanogr。Paleoclimatol。34, 1292-1315(2019)。
Tierney, J. E., Malevich, s.b., Gray, W., Vetter, L. & Thirumalai, K.浮游有孔虫Mg/Ca古温度表的贝叶斯校准。Paleoceanogr。Paleoclimatol。34, 2005-2030(2019)。
布雷迪,E.等人。群落地球系统模型版本1中连接的同位素水循环。模型。地球系统。11, 2547-2566(2019)。
Amrhein, D. E., Hakim, G. J. & Parsons, L. A.量化古气候数据同化中的结构不确定性与上个千年的应用。地球物理学。卷。47, e2020GL090485(2020)。
Köhler, P., nehr巴斯- ahles, C., Schmitt, J., Stocker, T. F. & Fischer, H. A 156 kyr大气温室气体CO .的平滑历史2, CH4,和N2O和它们的辐射强迫。地球系统。科学。数据9, 363-387(2017)。
bronnot, P. & Kageyama, M.末次冰期和全新世中期PMIP3模拟的短波强迫和反馈。费罗斯。反式。r . Soc。一个373, 20140424(2015)。
日日照的长期变化和第四纪气候变化。j .大气压。科学。35, 2362-2367(1978)。
Huybers, P. & Denton, G.受当地夏季持续时间控制的轨道时间尺度上的南极温度。Geosci Nat。1, 787-792(2008)。
Imbrie, J.等人。主要冰期旋回的结构与成因米兰科维奇强迫的线性响应。古海洋学7, 701-738(1992)。
麦克马纳斯,J. F.,弗朗索瓦,R.,盖拉尔迪,J.- m .。,Keigwin, L. D. & Brown-Leger, S. Collapse and rapid resumption of Atlantic meridional circulation linked to deglacial climate changes.自然428, 834-837(2004)。
Böhm, E.等。末次冰期强而深的大西洋经向翻转环流。自然517, 73-76(2015)。
李波德,J.等人。全新世大西洋经向翻转环流变异性的限制。地球物理学。卷。46, 11338-11346(2019)。
沙坤,j.d.,卡尔森,a.e.。末次冰期至全新世气候变化的全球视角。皮疹。科学。牧师。29, 1801-1816(2010)。
克拉克,p.u.等人。末次冰消期全球气候演变。国家科学院学报美国109, e1134-e1142(2012)。
佩德罗,j.b.等。超越两极跷跷板:朝着半球间耦合的过程理解。皮疹。科学。牧师。192, 27-46(2018)。
他,F.等人。上次冰川消退期间北半球对南半球气候的强迫作用。自然494, 81-85(2013)。
Ritz, s.p., Stocker, t.f., Grimalt, j.o., Menviel, L. & Timmermann, A.上次冰川消退期间大西洋翻转环流的估计强度。Geosci Nat。6, 208-212(2013)。
Praetorius, S. K.等。东北太平洋融水事件在冰期气候变化中的作用。科学。睡觉。6, eaay2915(2020)。
格雷,W. R.等。上次冰消期北太平洋次极地环流的风驱动演化。地球物理学。卷。47, e2019GL086328(2020)。
雷默,P. J.等人。IntCal13和Marine13放射性碳年龄校准曲线0-50,000 years cal BP。放射性碳测定年代55, 1869-1887(2013)。
使用自回归伽玛过程的灵活古气候年龄深度模型。贝叶斯肛门。6, 457-474(2011)。
Locarnini, R. A.等。2013年世界海洋地图集。第1卷,温度(NOAA, 2013)。
王凯杰等。第2i组等chrysidales产生反映海冰分布的特征烯烃酮。Commun Nat。12, 15(2021)。
全新世期间西北大西洋斜坡海水的冷却。地球物理学。卷。34, l03609(2007)。
田尔尼,海伍德,A. M.,冯,R.,巴塔查里亚,T.和ottobliesner, B. L.上新世与温室气体强迫一致的温暖。地球物理学。卷。46, 9136-9144(2019)。
雷纳,n.a.等人。自19世纪后期以来,全球海面温度、海冰和夜间海洋空气温度的分析。j .地球物理学。Res。108, 4407(2003)。
葛雷,W. R. & Evans . D.浮游有孔虫中Mg/Ca的非热影响:培养研究综述及其在末次冰盛期的应用。Paleoceanogr。Paleoclimatol。34, 306-315(2019)。
Lambeck, K., Rouby, H., Purcell, A., Sun, Y. & Sambridge, M.从末次冰期至全新世海平面和全球冰量。国家科学院学报美国111, 15296-15303(2014)。
Monnin, E.等。大气有限公司2在末次冰期末期的浓度科学291, 112-114(2001)。
MacFarling Meure, C.等。劳多姆公司2, CH4和N2O冰芯记录延伸至BP 2000年。地球物理学。卷。33, l14810(2006)。
Rubino, M.等人。修正后的1000年大气13C-CO2来自劳圆顶和南极的记录。j .地球物理学。研究大气压。118, 8482-8499(2013)。
Marcott, s.a.等。最后一次冰川消退期间全球碳循环的百年尺度变化。自然514, 616-619(2014)。
安,J. &布鲁克,E. J.简单圆顶冰揭示了千年CO的两种模式2最后一个冰河时代的变化。Commun Nat。5, 3723(2014)。
贝雷特,B.等。EPICA Dome C CO .的修订2在出席前记录800至600 kyr。地球物理学。卷。42, 542-549(2015)。
奥尔森等人。全球海洋数据分析项目版本2 (GLODAPv2) -一个内部一致的世界海洋数据产品。地球系统。科学。数据8, 297-323(2016)。
Lisiecki, L. E. & Raymo, M. E.上新世-更新世57个全球分布的底栖δ18O记录。古海洋学20., pa1003(2005)。
Schrag, d.p., Hampt, G. & Murray, d.w.孔隙流体对冰川海洋温度和氧同位素组成的约束。科学272, 1930-1932(1996)。
勒格兰德,A. N. &施密特,G. A.海水氧同位素组成的全球网格数据集。地球物理学。卷。33, l12604(2006)。
朱俊杰,波尔森,朱俊杰,陈世杰,陈世杰。通过云反馈模拟始新世极端温暖和高气候敏感性。科学。睡觉。5, eaax1874(2019)。
Hurrell, J. W.等。社区地球系统模型:合作研究的框架。公牛。点。Meteorol。Soc。94, 1339-1360(2013)。
Meehl, G. A.等。CESM1.3中模式分辨率、物理和耦合对南半球风暴轨迹的影响。地球物理学。卷。46, 12408-12416(2019)。
朱,等。同位素激活的地球系统模型揭示了LGM ENSO变异性的减少。地球物理学。卷。44, 6984-6992(2017)。
史蒂文森等人。同位素激活的上个千年集合中的火山喷发特征。Paleoceanogr。Paleoclimatol。34, 1534-1552(2019)。
Lüthi, D.等。高分辨率二氧化碳浓度记录65 - 80万年以前。自然453, 379-382(2008)。
Loulergue, L.等。大气CH的轨道和千年尺度特征4在过去的80万年里。自然453, 383-386(2008)。
Schilt, A.等。大气中的一氧化二氮。地球的星球。科学。列托人。300, 33-43(2010)。
Peltier, W. R., Argus, D. F. & Drummond, R.空间测地学约束冰期末端消冰:全球ice - 6g_c (VM5a)模型。j .地球物理学。固体地球120, 450-487(2015)。
DiNezio, p.n.等人。热带气候的冰川变化被印度洋放大。科学。睡觉。4, eaat9658(2018)。
杜普莱西,j.c, Labeyrie, L. & Waelbroeck, C.末次冰期至全新世之间海洋氧同位素富集的约束:古海洋学意义。皮疹。科学。牧师。21, 315-330(2002)。
Kageyama等人。PMIP4对cmip6的贡献(第4部分):PMIP4- cmip6末次冰期最大值实验和PMIP4敏感性实验的科学目标和实验设计。Geosci。模型开发。10, 4035-4055(2017)。
奥托-布莱斯纳,B. L.等。PMIP4对cmip6的贡献,第2部分:两个间冰期,全新世和末次间冰期模拟的科学目标和实验设计。Geosci。模型开发。10, 3979-4003(2017)。
劳伦斯博士等人。社区土地模型版本4中的参数化改进以及功能和结构的改进。模型。地球系统。3., m03001(2011)。
Bartlein, P. J. & Shafer, S. L.时间切片和瞬态气候模式模拟中的旧历效应调整(PaleoCalAdjust v1.0):数据分析的影响和策略。Geosci。模型开发。12, 3889-3913(2019)。
惠特克,J. S. &哈米尔,T. M.无扰动观测的集合数据同化。星期一,天气预报。130, 1913-1924(2002)。
验证集合预测的秩直方图的解释。星期一,天气预报。129, 550-560(2001)。
琼斯,T. R.等。全新世和末次冰期外缘冰芯中水同位素的扩散。j .地球物理学。地球表面122, 290-309(2017)。
索克拉托夫,S. A. & Golubev, V. N.雪同位素含量的升华变化。j . Glaciol。55, 823-828(2009)。
Comas-Bru, L.等。利用末次冰期以来气候变化的综合全球洞穴记录评估模型输出。爬。过去的15, 1557-1579(2019)。
Atsawawaranunt, K.等。SISAL数据库:记录洞穴生物氧和碳同位素记录的全球资源。地球系统。科学。数据10, 1687-1713(2018)。
Blunier, T. & Brook, E. J.南极洲和格陵兰岛末次冰期千年尺度气候变化的时间。科学291, 109-112(2001)。
斯坦尼,B.等。末次冰消期南极气候记录中两极跷跷板的表现。Geosci Nat。4, 46-49(2011)。
Watanabe, O.等。过去三次冰川周期中横跨南极洲东部的均匀气候变化。自然422, 509-512(2003)。
布鲁克,E. J.等。在南极洲西部的单圆顶,在最后一个冰川期,千年尺度的气候变化的时间。皮疹。科学。牧师。24, 1333-1343(2005)。
斯坦尼,B.等。EPICA Dome C和Dronning Maud Land冰芯(南极洲东部)的氘过量记录。皮疹。科学。牧师。29, 146-159(2010)。
史泰格,E. J.等。南极洲和北大西洋的同步气候变化。科学282, 92-95(1998)。
珀蒂,J. R.等。南极沃斯托克冰芯过去42万年的气候和大气历史。自然399, 429-436(1999)。
马克尔,B. R.等。Dansgaard-Oeschger事件期间的全球大气遥相关。Geosci Nat。10, 36-40(2017)。
Vinther, B. M.等人。伦兰和阿加西冰冠的冰芯与格陵兰冰芯年代学同步。j .地球物理学。研究大气压。113, d08115(2008)。
史迪弗,M. & Grootes, P. M. GISP2氧同位素比值。皮疹。Res。53, 277-284(2000)。
约翰森,S. J.等。的δ18O记录沿格陵兰冰芯工程深部冰芯可能存在伊曼气候不稳定的问题。j .地球物理学。海洋》102, 26397-26410(1997)。
安德森,K. K.等。北半球气候延伸至末次间冰期的高分辨率记录。自然431, 147-151(2004)。
Holmgren, K.等人。南部非洲在过去两万五千年间持续的千年尺度气候变化。皮疹。科学。牧师。22, 2311-2326(2003)。
Novello, V. F.等。从末次冰期至全新世南美洲季风的高分辨率历史。科学。代表。7, 44267(2017)。
Cheng, H.等。黎凡特北部过去2万年的气候变化。地球物理学。卷。42, 8641-8650(2015)。
Dutt, S.等人。公元前33800年至5500年间印度夏季风强度的突然变化地球物理学。卷。42, 5526-5532(2015)。
艾利夫,L. K.等。在最后一次冰川消退期间,通过澳大拉西亚季风,快速的半球间气候联系。Commun Nat。4, 2908(2013)。
帕丁,J. W.,柯布,K. M.,阿德金斯,J. F.,克拉克,B. &费尔南德斯,D. P.西太平洋暖池水文自末次冰期以来的千年尺度趋势。自然449, 452-455(2007)。
蔡,Y.等。石笋推断的过去252,000年印度季风降水的变异性。国家科学院学报美国112, 2954-2959(2015)。
弗莱特曼,D.等。在土耳其北部石笋中记录的格陵兰间层的时间和气候影响。地球物理学。卷。36, l19707(2009)。
克鲁兹,f.w.等。在亚热带巴西,过去116000年日照驱动的大气环流变化。自然434, 63-66(2005)。
helstrom, J., McCulloch, M. & Stone, J.一份详细的31000年气候和植被变化记录,来自两个新西兰洞穴的同位素地球化学。皮疹。Res。50, 167-178(1998)。
格兰特,K. M.等。过去15万年间冰体积和极地温度之间的快速耦合。自然491, 744-747(2012)。
Cheng, H.等。亚马逊地区的气候变化模式与生物多样性。Commun Nat。4, 1411(2013)。
确认
我们感谢B. Malevich对lgm到现在数据同化的早期讨论和探索,以及M. Fox和N. Rapp在汇编代理数据方面的帮助。我们感谢P. DiNezio为CESM模拟提供初始和边界条件文件,感谢B. Markle在编译和共享冰芯水同位素数据方面的帮助。本研究由美国国家科学基金会(NSF)资助号AGS-1602301和AGS-1602223, hesing - simons基金会资助号2016-012、2016-014和2016-015支持。CESM项目主要由NSF支持。本材料是基于国家大气研究中心支持的工作,该中心是由美国国家科学基金会根据1852977号合作协议赞助的一个主要设施。计算和数据存储资源,包括夏安超级计算机(https://doi.org/10.5065/D6RX99HX),由NCAR的计算与信息系统实验室(CISL)提供。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
M.B.O.进行了数据同化,主导了结果的分析和解释,并设计了数据。M.B.O.和J.E.T.领导了本文的撰写。J.E.T.负责代理数据的编译。j.k编写了DASH代码,基于R.T.和G.J.H. J.Z.的方法和输入,C.J.P.计划并进行了iCESM模拟。所有作者都为研究的设计和这篇手稿的写作做出了贡献。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢William Gray和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
图1 SST代理数据编译的时间分辨率和时间覆盖。
一个,记录分辨率直方图(表示每条记录的中位数样本分辨率),为每种代理类型计算。b,每个代理类型的记录长度直方图。
扩展数据图2随机保留的海洋地球化学指标的统计验证。
一个,从左起:观测到的δ18Oc每个站点使用后验数据同化估计的平均值。右边显示的是相关的中位数R2验证分数(每个分数基于n= ~100个LGMR集成成员),以每个站点为基础计算(参见方法“内部和外部验证测试”部分)。b- - - - - -d,如一个,但对于文本\({\{你}}_{37}^{\文本{K”}}\)(b), Mg/Ca (c)和TEX86(d),分别。
扩展数据图3使用独立δ18Op冰芯和洞穴记录。
一个, 3 ka - pre - industrial (PI;0 ka)后方∆δ18Op场;上覆标志为3 ka-PI∆δ18Op来自洞穴主题和冰芯的值。只显示过去24年中至少18年的记录。∆R2RMSEP值表示观测值与后同化后∆δ的变化18Op相对于先前(即iCESM)估计值的值。b- - - - - -h,如一个,但在6、9、12、14、16、18和21 ka的值与PI的差异。我,均观测到∆δ18Op相对于模型先验值;虚线表示1:1的关系。j,均观测到∆δ18Op与后验值相比,后验值显示∆有明显改善R2和(RMSEP比先验。请注意面板中显示的每个散点我,j对应于面板中显示的外部验证站点一个- - - - - -h.
图4后验LGMR δ的时间比较18Op与选定的δ18Op冰芯和洞穴记录。
不确定度范围为±1σ水平(暗)和95%置信范围(光)从LGMR集合。还显示了每个站点的完整范围(灰色阴影)和iCESM时间切片先前值的中位数(50年平均值)。请参见扩展数据表2.
图6全新世GMST的重建和趋势比较。
一个,δ18Oc,文本\({\{你}}_{37}^{\文本{K”}}\)和Mg/ ca衍生的GMST重建,使用仅代理(PO)和数据同化(DA)方法。在一个,阴影区域为±1σ范围在n为基于da的GMST估计值的50个集合成员,和n=基于po的GMST估计值的10,000个实现(注意虚线曲线没有显示不确定性范围)。b,对于PO和DA方法,全新世GMST演化对位于相邻15°纬向带的代用物移除的敏感性。c,基于da的全新世GMST演化对代用季节性的敏感性(通过将有孔虫生长季节性固定到工业化前(PI)或LGM的Mg/Ca和δ的月sst来计算18Oc,或通过删除记录与季节性烯烃酮生产文本\({\{你}}_{37}^{\文本{K”}}\)),以及参考文献的“汇集”有孔虫物种海表温度校准。20.,21(见补充信息).所有∆GMST时间序列均为相对于过去2kyr的偏差。
权利和权限
关于本文
引用本文
奥斯曼,m.b.,蒂尔尼,J.E,朱俊杰。et al。末次盛冰期以来全球解析的地表温度。自然599, 239-244(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03984-4
收到了:
接受:
发表:
发行日期:
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03984-4
这篇文章被引用
史前人类在Sundaland和南亚之间的迁徙是由海平面上升推动的
通信生物学(2023)
全新世期间南极洲西部的季节温度
自然(2023)
重新审视全新世全球温度难题
自然(2023)
CMIP6对黄河流域降水及其时间序列分量的评价
气候动力学(2023)
回复:热极大值重建中假设线性的问题
自然(2022)