Насколько холодно было на Земле во время последнего ледникового периода? Правда может лежать глубоко под озерами и может помочь предсказать, как планета снова потеплеет. Отложения на дне озера хранят химические записи прошлых веков, в том числе и о состоянии атмосферы над ними. Ученые во главе с профессором Университета Райса и ее коллегами разработали новую вычислительную модель для интерпретации того, что они обнаружили.
Сильвия Ди, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах, и ее коллеги создали вычислительную модель озерной прокси-системы для преобразования данных из глубоких слоев поверхностных вод озера таким образом, который более непосредственно связан с измеримой моделью климата. переменные.
Их работа является частью общедоступной программной платформы PRYSM, созданной Ди, и описана в журнале Американского геофизического союза «Палеокеанография и палеоклиматология». Ученые, изучающие прошлый климат, анализируют геохимические сигналы из архивов, таких как кораллы и ледяные керны, или закодированные в кольцах старых деревьев, но не все интерпретируют данные одинаково. Задача Ди заключалась в разработке простых моделей, которые помогают интерпретировать наблюдения за прошлым климатом более единообразно с климатическими моделями, и в процессе сделать эти бесценные архивы более подходящими для изучения будущих изменений климата.
«У нас есть симуляции климатических моделей, созданные тысячи лет назад», - сказал Ди, который присоединился к Райс в этом году. «Они помогают нам понять движущие силы прошлых изменений температуры и осадков, но мы должны использовать климатические данные из прошлого, чтобы подтвердить достоверность моделей.
"Например, если климатическая модель показывает сильное согласие с реконструкцией температуры, которую мы имеем по озерам, мы можем заключить, что физика этой модели надежна и что она может лучше моделировать то, что произойдет при будущем антропогенном потеплении."
Дно озер хранит свидетельство истории климата в слоистых отложениях, которые можно проанализировать и датировать, извлекая керны. В исследовании Ди использовались данные климатической модели, чтобы изучить и понять архивы озер, которые ученые используют для реконструкции атмосферных условий в заданное время.
«Одни из самых богатых историй о температуре и осадках, которые у нас есть на Земле, происходят из озер», - сказал Ди. «Люди годами измеряли показатели в отложениях, но сравнивать эти данные с моделями климата непросто.
"Вот где я вхожу", сказала она. «Я вхожу в группу ученых, занимающихся переводом того, что модели климата говорят нам о прошлых изменениях в климатической системе, и того, что говорят нам данные».
Ди и ее команда смоделировали архивы температуры и климата двух озер в Африке, Малави и Танганьика, вплоть до последнего ледникового максимума около 21 000 лет назад, когда глобальные температуры оценивались между 3 и 5 градусами. градусов Цельсия холоднее, чем сегодня.
«Это четкая цель для климатологов», - сказала она. «У нас есть подсказки из прошлого, которые говорят нам, насколько холодным был африканский континент. Это последний раз в истории климата Земли, когда средний климат резко изменился из-за воздействия углекислого газа, и мы используем его в качестве испытательного полигона для климата. производительность модели."
В тестовом примере моделирование PRYSM показало, что прокси температуры озера занижают изменения температуры воздуха. «Люди обычно предполагают, что реконструкция температуры озера по отложениям отражает изменения температуры воздуха», - сказал Ди. «Мы предполагаем, что они изменяются в тандеме. Моделирование нашей модели показывает, что озеро на самом деле гасит температурный сигнал.
Например, если смоделированные температуры воздуха показывают потепление на 4 градуса по Цельсию с момента последнего ледникового максимума в Африке, а озеро демпфирует этот сигнал до 3 градусов, мы можем ошибочно заключить, что температура воздуха была на полный градус выше, чем на самом деле. действительно были. По сути, мы можем количественно определить, сколько ошибок можно ожидать в нашей интерпретации прошлых изменений температуры.
Эти ошибки вызваны одним только озером, - сказала она.
"Это важно знать", сказал Ди. «Эти реконструкции озер - одни из немногих доступных данных, которые помогают нам понять, как изменится температура на африканском континенте в условиях глобального потепления. Мы надеемся, что PRYSM поможет определить эти климатические изменения с большей достоверностью».
PRYSM версии 2.0 с открытым исходным кодом специально разработан для моделирования климатических архивов в озерах. Ди построил первую версию для моделирования ледяных кернов, кораллов, пещерных отложений и древесно-кольцевой целлюлозы.
Она и ее коллеги планируют со временем добавить больше известных палеоклиматических прокси. Поскольку PRYSM имеет открытый исходный код, любой может получить доступ к коду (через GitHub) и улучшить его.
«Я пытаюсь заставить всех в сообществах моделирования и палеоклимата поговорить друг с другом», - сказал Ди.«PRYSM - это попытка заставить оба сообщества понять, что мы не можем сравнивать яблоки с апельсинами. Нам нужно сравнивать палеоклиматические данные и моделирование более формальным образом, и при этом мы надеемся значительно улучшить наши интерпретации прошлых климатических изменений.
«Самое замечательное в возможности получать снимки температуры в прошлом заключается в том, что мы надеемся получить более широкое понимание того, как планета будет реагировать на продолжающееся антропогенное изменение климата», - сказала она. «У нас есть прямые измерения того, что произошло за последние 150 лет. Но если мы заглянем в прошлое, мы увидим большие изменения в углекислом газе, большие изменения в вулканизме и большие ледяные щиты на Земле. Это тяжелые молоты. понять, как климат реагирует на более сильное воздействие».