Istidsklimaspor afdækket

Hvor koldt blev Jorden under den sidste istid? Sandheden kan ligge dybt under søer og kunne hjælpe med at forudsige, hvordan planeten vil blive varm igen.Lejer i søbede holder kemiske registreringer af tidligere tider, blandt dem den samtidige tilstand af atmosfæren ovenfor. Forskere ledet af en professor på Rice University og hendes kolleger har udtænkt en ny beregningsmodel til at fortolke, hvad de afslører.

Sylvia Dee, en assisterende professor i Jorden, miljø- og planetvidenskab, og hendes kolleger har skabt en beregningsmæssig Lake Proxy System Model til at oversætte data fra dybt under søens overfladevand på en måde, der relaterer mere direkte til målbare klimamodelvariabler.

Deres arbejde er en del af en offentlig softwareplatform skabt af Dee kaldet PRYSM, og er beskrevet i American Geophysical Union journal Paleoceanografi og palæoklimatologi .Forskere, der studerer tidligere klima, analyserer geokemiske signaler fra arkiver som koraller og iskerner, eller kodet i ringene af gamle træer, men ikke alle fortolker dataene på samme måde. Dee's søgen har været at designe simple modeller, der hjælper med at fortolke observationer af tidligere klima mere ensartet med klimamodeller, og i processen gøre disse uvurderlige arkiver mere relevante for undersøgelser af fremtidige klimaændringer.

"Vi har simuleringer af klimamodeller, der går tusinder af år tilbage, "sagde Dee, som sluttede sig til Rice i år. "De hjælper os med at forstå årsagerne til tidligere temperatur- og nedbørsændringer, men vi er nødt til at bruge klimadata fra fortiden til at skabe sandhed i modellerne.

"For eksempel, hvis en klimamodel viser stærk overensstemmelse med de temperaturrekonstruktioner, vi har fra søer, vi kan konkludere, at denne models fysik er robust, og at den kan gøre et bedre stykke arbejde med at simulere, hvad der vil ske under fremtidig menneskeskabt opvarmning."

Søbede gemmer beviser for klimahistorie i lagdelt sediment, der kan analyseres og dateres ved at udtrække kerner. Dee's undersøgelse brugte klimamodeldata til at udforske og forstå søens arkiver, forskere bruger til at rekonstruere atmosfæriske forhold for en given tid.

"Nogle af de rigeste temperatur- og nedbørshistorier, vi har på Jorden, kommer fra søer, " sagde Dee. "Folk har målt indikatorer i sedimenter i årevis, men det er ikke ligetil at sammenligne disse data med klimamodeller.

"Det er der, jeg kommer ind, " sagde hun. "Jeg er en del af en gruppe videnskabsmænd, der fokuserer på at oversætte mellem, hvad klimamodeller fortæller os om tidligere ændringer i klimasystemet, og hvad dataene fortæller os."

Dee og hendes team simulerede søtemperaturer og klimaarkiver i to søer i Afrika, Malawi og Tanganyika, strækker sig tilbage til det sidste istidsmaksimum omkring 21, 000 år siden, da de globale temperaturer blev anslået til at være mellem 3 og 5 grader celsius koldere end i dag.

"Det er et klart mål for klimatologer, "sagde hun." Vi har spor fra fortiden, der fortæller os, hvor koldt det afrikanske kontinent var. Det er sidste gang i Jordens klimahistorie, at der var et dramatisk skift i det gennemsnitlige klima på grund af carbondioxid-tvingning, og vi bruger den som en testseng for klimamodellernes ydeevne."

I testsagen, PRYSMs simulering afslørede, at søtemperaturproxyer undervurderede lufttemperaturændringer. "Folk antager generelt, at søtemperaturrekonstruktioner fra sedimenter afspejler lufttemperaturændringer, " sagde Dee. "Vi antager, at de skifter sideløbende. Vores modelsimuleringer viser, at søen faktisk dæmper temperatursignalet.

"For eksempel, hvis modellerede lufttemperaturer viser en opvarmning på 4 grader Celsius siden det sidste ismaksimum i Afrika og søen dæmper det signal til 3 grader, vi kunne fejlagtigt konkludere, at lufttemperaturerne var en hel grad varmere, end de i virkeligheden var. Vi er i det væsentlige i stand til at kvantificere, hvor meget fejl man kan forvente i vores fortolkning af tidligere temperaturændringer.

Disse fejl opstår alene af søen, " hun sagde.

"Det er vigtigt at vide, " sagde Dee. "Disse sørekonstruktioner er nogle af de eneste tilgængelige data til at hjælpe os med at forstå, hvordan temperaturerne vil udvikle sig på det afrikanske kontinent i en opvarmende verden. Vores håb er, at PRYSM hjælper med at fastlægge disse klimaændringer med større tillid."

Open-source PRYSM er version 2.0, designet eksplicit til at modellere klimaarkiver i søer. Dee byggede den første version til model af iskerner, koraller, huleaflejringer og træringcellulose.

Hun og hendes kolleger planlægger at tilføje flere kendte palæoklimaproxyer over tid. Fordi PRYSM er open source, alle kan få adgang til koden (gennem GitHub) og forbedre den.

"Jeg forsøger at få alle i modellerings- og palæoklimasamfundene til at tale med hinanden, " sagde Dee. "PRYSM er et forsøg på at få begge samfund til at forstå, at vi ikke kan sammenligne æbler med appelsiner. Vi er nødt til at sammenligne palæoklimadata og modelsimuleringer på en mere formel måde, og ved at gøre det, vi håber dramatisk at forbedre vores fortolkninger af tidligere klimaændringer.

"Det fantastiske ved at kunne få øjebliksbilleder af temperaturer i fortiden er, at vi forhåbentlig kan opbygge en bredere forståelse af, hvordan planeten vil reagere på fortsatte menneskeskabte klimaændringer, " sagde hun. "Vi har direkte målinger af, hvad der er sket i de sidste 150 år. Men hvis vi ser længere tilbage i tiden, vi har større ændringer i kuldioxid, større ændringer i vulkanismen og større iskapper på Jorden. Det er tunge hamre. De hjælper os med at forstå, hvordan klimaet reagerer på stærkere forcering."