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化石大数据与古气候模型研究对未来温度季节性变化的启示

  渐新世(33.9–23.03 Ma)是新生代地球演化历史中非常独特的一个重要转折期,地球正经历从始新世的“温室”气候向“冰室”气候的快速转变,通过研究这一关键时期的气候变化可为预测未来全球气候变化提供重要参考信息。 

  西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室古生态组李树峰等人和生物地理与生态学研究组星耀武,以及英国布里斯托大学等研究人员结合植物大化石数据和气候模型进行了合作研究。该研究整合了渐新世欧亚大陆中高纬度地区149个植物大化石数据点,利用共存法重建了化石点的古气候数据。通过对不同时期和地区的古气候进行对比,分析了早、晚渐新世欧亚大陆不同地区的气候差异,以及和现代气候的对比分析。研究还对比了化石数据和英国布里斯托大学一系列HadCM3L模型模拟的渐新世气候结果,分析了化石数据和气候模型之间的差异。 

  研究结果表明:渐新世欧亚大陆中高纬度地区的年均温范围为5.4–25.5 °C,年降雨量范围是338–2453 mm,该时期大部分地区的气候类型和现代的亚热带季风性湿润气候相似。研究发现早渐新世和晚渐新世气候较为相似;渐新世欧洲的气候整体上比中亚和东亚更为温暖湿润,中亚是其中最为干冷的地区。通过对渐新世和现代气候的对比分析,结果表明地质构造运动(如特提斯海退却),是影响欧亚大陆渐新世以来的气候演变的重要驱动因子。通过和不同边界条件(如CO2和古地理)的HadCM3L古气候模型对比,表明气候模型和大化石数据在大的空间尺度上大体一致,但是气候模型重建的温度季节性差异明显比化石数据要大(模拟的夏季温度比化石数据高,冬季温度低),尤其是在高纬度地区。结合其他相关研究结果,我们认为目前的气候模型预测的气候变化有很大的不确定性,如果全球气候变暖,那么未来北半球中高纬度地区的冬季温度可能会比目前的模型预测的更高。另外基于年均温的分析表明:CO2560 ppmv以及1120 ppmv的模型和化石数据较为吻合,说明古气候模拟中CO2浓度是一个重要影响因子,但有很大误差,需要有更多研究进行校正。 

  该研究的一个重要创新之处是尝试将化石数据与气候模型结合,揭示了气候模型对中高纬度地区温度季节性差异预测的偏差以及古气候模拟诸多边界条件不确定性,可为预测未来气候变化研究提供重要参考价值。相关成果以Oligocene climate signals and forcings in Eurasia revealed by plant macrofossil and modelling results为题在国际地学期刊Gondwana Research在线发表。该研究得到了国家自然科学基金委中英合作项目(No. 41661134049),国家自然科学基金(No. 41772026, 41372035, U1502231), 中国科学院“率先行动”百人计划C类(青年俊才)(No. 2016-062), 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室开放基金(No. 153107),中国科学院西双版纳热带植物园135项目(XTBG-F01),以及英国自然环境研究理事会(NERC)基金项目(No. NE/P013805/1; No. NE/K014757/1; NE/L002434/1)支持。 

欧亚大陆渐新世植物化石和气候模拟温度重建对比图。第一行为早渐新世;第二行为晚渐新世。MATCMTWMT分别为年均温、最冷月均温及最热月均温。灰色和黑色线分别为现在和渐新世海陆边界线。实心圆代表化石气候数据,底图为气候模拟数据。不同的颜色为温度()

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