全球温度难题：在人类施加影响让全球变暖之前 地球是在降温还是在升温？

准确的气候模型在气候科学和政策中发挥着关键作用，在世界各地的政策和决策者考虑如何减缓地球变暖的致命影响和适应已经发生的变化时，帮助他们了解情况。为了测试它们的准确性，模型被编程模拟过去的气候，看看它们是否与地质证据一致。模型的模拟可能与证据相冲突。我们怎么能知道哪个是正确的呢？

今天（2月15日）发表在《自然》杂志上的一篇评论文章讨论了模型和证据之间的这种冲突，即所谓的全新世全球温度难题。主要作者Darrell Kaufman，地球和可持续发展学院的执政者教授，以及亚利桑那大学的博士后研究员Ellie Broadman（她在北亚利桑那大学获得博士学位时参与了这项研究），分析了过去12000年的广泛可用数据，以解答这个难题。

这项研究建立在考夫曼所做的工作之上，这些工作被列入政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新的主要气候报告中，并考察了6500年前的全球平均温度是否更暖，正如来自过去气候信息的自然档案的代理证据所表明的那样，或者更冷，正如模型所模拟的那样，与19世纪末相比，当时工业革命导致了人类造成的变暖显著增加。

这一综合评估的结论是，大约6500年前的全球平均温度可能更暖和，随后是一个多千年的冷却趋势，在19世纪结束。但是，他们提醒说，尽管最近的研究声称已经解决了这个难题，但不确定性仍然存在。

考夫曼说："量化过去一些地方在变暖而另一些地方在变冷时的地球平均温度是具有挑战性的，需要更多的研究来坚定地解决这个难题。但是追踪全球平均温度的变化是很重要的，因为它是用来衡量人类造成的变暖的进展，并确定国际谈判的目标来限制它。特别是，我们的审查显示，我们对缓慢移动的气候变异性了解得如此之少，包括现在由人类启动的力量，这些力量将随着海平面的上升和永久冻土的融化在未来几千年内发挥出来。"

我们所知道的

我们对全新世的气候有更多的了解，全新世是在12000年前最后一个大冰期结束后开始的，比其他任何一个多千年期的气候都了解。有来自各种自然档案的已发表的研究，这些档案储存了在大气、海洋、冰冻层和陆地上发生的历史变化的信息；有研究探讨了推动过去气候变化的力量，如地球轨道、太阳辐照度、火山爆发和温室气体；还有气候模型模拟，将这些力量转化为全球温度的变化。所有这些类型的研究都包括在这次审查中。

到目前为止的挑战是，两个重要的证据线指向相反的方向。古环境"代理"数据，包括来自海洋、湖泊和其他自然档案的证据，指出大约6500年前全球平均温度达到峰值，然后是全球冷却趋势，直到人类开始燃烧化石燃料，气候模型通常显示全球平均温度在过去6500年里不断上升。

如果代理数据是正确的，那就表明了模型存在缺陷，特别是表明可以放大全球变暖的气候反馈没有得到充分的体现。如果气候模型是正确的，那么重建古温度的工具就需要加强。

我们也知道，无论数字的趋势是上升还是下降，过去6500年全球平均温度的变化是渐进的--可能低于1摄氏度（1.8华氏度）。这比过去100年中已经测量到的变暖要少，其中大部分是人类造成的。然而，由于任何程度的全球温度变化都是显著的，特别是对不断变化的温室气体的反应，了解6500年前的温度是高还是低，对我们了解气候系统和改善对未来气候的预测非常重要。

我们不知道的

这项研究强调了气候模型的不确定性。如果作者的首选解释--最近的全球变暖之前有6500年的全球变冷--是正确的，那么科学家对自然气候的作用力和反馈的理解，以及它们在模型中的表现需要改进。如果他们是不正确的，那么科学家需要改善他们对代理记录中的温度信号的理解，并进一步开发分析工具来捕捉全球范围内的这些趋势。

试图解决全新世全球温度的难题是过去十年气候科学家的首要任务；Broadman记得当她在2016年开始攻读博士学位时，读到了关于这个主题的最初论文。此后的所有研究都增加了对这一问题的理解，这让该领域的科学家更接近于全面的理解。最近关于这个主题的研究试图调整代理数据以考虑其假定的弱点，在气候模型中插入可信的因果关系，并将代理数据与气候模型的输出相混合，都得出了关于这个难题的原因的不同结论。这篇评论退一步说，用一个全面的全球范围的评估来重新审视这个问题，表明我们还不知道这个难题的解决方案。

开发广泛适用的量化过去温度的方法已经是气候科学家的一个高度优先事项。例如，考夫曼的实验室正在测试使用涉及湖泊沉积物中保存的氨基酸的化学反应作为研究过去温度变化的新方法。结合北亚利桑那气候和生态系统实验室的新放射性碳测年技术，这种技术可以帮助确定全球变暖是否逆转了长期的冷却趋势。

它为什么重要

Broadman的工作包括专注于科学交流，他创造了伴随研究的数字。这是一种将难以理解的结果传达给受众的重要方式--在气候科学领域，受众是多样化的，包括世界各地的教育工作者、政策制定者、非营利组织和科学家。

"一个有趣的收获是，我们的研究结果证明了区域变化对全球平均温度的影响。"Broadman说："地球上一些地区的环境变化，如北极海冰的减少或现在广阔的沙漠中植被的变化，可以引起反馈，影响整个地球。随着目前的全球变暖，我们已经看到一些地区变化非常快。我们的工作强调，其中一些区域性的变化和反馈对于理解和捕捉气候模型来说真的很重要。"

此外，考夫曼说，准确地重建过去温度变化的细节提供了关于气候对自然和人为气候变化的各种原因的反应的洞察力。这些反应可以作为测试气候模型对地球气候系统模拟程度的基准。"气候模型是详细的定量气候预测的唯一来源，因此它们的保真度对于规划最有效的战略来缓解和适应气候变化至关重要。我们的研究表明，气候模型正在低估可能放大全球变暖的重要气候反馈"。