工业革命以来，人类活动引发的CO2浓度升高导致全球快速升温，显著影响着地球环境和人类社会。由于器测记录时限的有限性，通过地质记录定量重建过去温度，延长气候变化的历史，对全面认识现代全球变暖在地球系统自然变率中的位置至关重要。
尽管古气候定量化目前已取得重要进展，但距我们最近的全新世（距今～11 700年以来），地质记录重建和古气候模拟的全球年均温变化存在显著差异。地质记录重建显示，温度在距今~10 000？6 000年处于峰值（“全新世大暖期”），其后逐渐下降，工业革命以来的全球变暖逆转了这一趋势（Marcott et al., 2013；Kaufman et al., 2020）；然而，古气候模拟则显示，全新世年均温呈现整体上升趋势（Liu et al., 2014）（图1）。上述温度变化的巨大差异，被称为“全新世温度谜题（Holocene temperature conundrum）”（Liu et al., 2014），一直困扰着古气候学者。解开该谜团的关键在于厘清：气候代用指标是否存在季节性偏差？古气候模式的气候敏感性和反馈过程是否存在偏差？
图1 重建和模拟的全新世全球年均温度变化，蓝线为多指标重建结果，黑线为模拟的年均温，红线为模拟的夏季温度（改自Liu et al., 2014）
最近，美国罗格斯大学的Bova博士和合作者在Nature上发表论文，提出了一种有效分离季节性信号新方法（seasonal to mean annual transformation, SAT），更好地重建了季节和年均温度变化（图2）。
图2 SAT方法在IODP U1485钻孔末次间冰期和全新世时段温度重建中的应用（Bova et al., 2021）。（a、e） 钻孔所在纬度（3°S）最相关季节（8月）和年均太阳辐射变化；（b、f）重建和模拟的季节性温度变化；（c、g）计算出的季节性偏差值（ΔSST）；（d、h）校正后的年均海表温度变化
该方法的原理是：假设海表温度线性响应太阳辐射变化，重建温度变化（SSTSN）与最相关的季节性太阳辐射的相关性，如高于其与年均太阳辐射的相关性，则认为重建温度存在季节性偏差；季节性偏差因子（ɑs）由SSTSN与季节和年均太阳辐射的偏差值（ΔI）的线性回归获得（SSTSN = ɑsΔI + εs），由此，得出重建温度的季节性偏差值（ΔSST = ɑsΔI），进而获得校正后的年均温（MASST = SSTSN - ΔSST）。季节性偏差因子的计算，基于末次间冰期（距今128 000-115 000年前）的海温重建数据，选择末次间冰期，原因在于该时期太阳辐射的季节性差异比全新世的大，而冰盖、温室气体等其他因素对温度的影响更弱，因此更易识别出温度的季节性信号。
首先，作者把这一方法应用到了位于巴布亚新几内亚东北部的海洋钻孔（IODP Site U1485）末次间冰期和全新世的温度重建（图2）。结果显示，重建温度与八月的太阳辐射变化最为相关，具有很好的季节性信号；校正后的年均海表温度变化在两个时段均呈现上升趋势，与同一地区的模拟结果基本一致（图2）。利用同样的方法，作者把模拟的季节性温度进行了校正，得到的年均温度变化趋势与模拟输出结果相一致，因此验证了方法的可靠性（图2）。
其次，作者进一步把SAT方法应用到40°S-40°N之间的海表温度重建（图3b）。结果显示，多数重建结果存在季节性偏差，且主要偏向于夏秋季，导致重建结果存在早中全新世大暖期（图3a、图3b）；然而，校正后的年均温则显示，全新世呈持续升温趋势（图3b），与模拟结果基本一致（图3c）；进而证实“全新世温度谜题”，可能主要源于气候代用指标的季节性偏差。
图3 全新世40°S-40°N海表温度重建、校正结果，以及温度变化机制（Bova et al., 2021）。（a）前人重建的全球年均温度变化（Marcott et al., 2013；Kaufman et al., 2020）；（b）40°S-40°N海表温度重建结果（红线）和校正后的年均温度变化（蓝线）；（c）模拟的年均温度变化及温室气体的贡献；（d）全球冰量变化和温室气体辐射强迫变化
在上述基础上，作者揭示出全新世年均海表温度长期增加的机理，全新世早中期（距今12 000-6 500年前）主要受冰盖、太阳辐射等驱动；而温室气体主导了包括工业革命以来，最近6 500年的全球变暖（图3c、图3d）。
Bova et al.（2021）的研究指出，气候代用指标的季节性偏差，对准确认识过去的温度变化至关重要，这是今后的古气候重建需高度关注的科学问题。当然，SAT方法也存在一定的局限性，因其建立在温度线性响应太阳辐射变化的假设前提下，尚缺乏对气候代用指标本身季节性响应机理的研究。尽管该方法对40°S-40°N之间的海洋记录行之有效，但在其他区域，尤其是陆地上，因冰盖、海冰、植被等的反馈过程可能导致温度非线性响应太阳辐射变化，此方法能否适用亟待进一步研究加以确认。
主要参考文献
Bova S, Rosenthal Y. Liu Z. et al. Seasonal origin of the thermal maxima at the Holocene and the last interglacial [J]. Nature, 2021, 589(7843): 548–553.（原文接链）
Kaufman D, McKay N, Routson C, et al. A global database of Holocene paleotemperature records [J]. Scientific Data, 2020, 7(1): 115.
Liu Z, Zhu J, Rosenthal Y, et al. The Holocene temperature conundrum [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(34): E3501–E3505.
Marcott S A, Shakun J D, Clark P U, et al. A reconstruction of regional and global temperature for the past 11,300 years [J]. Science, 2013, 339(6124): 1198–1201.
（撰稿：张文超，吴海斌/新生代室）
