准确的气候模型在气候科学和政策中发挥着关键作用，有助于为世界各地的政策制定者和决策者提供信息，帮助他们考虑减缓地球变暖的致命影响并适应已经发生的变化。
为了测试其准确性，模型被编程为模拟过去的气候，以查看它们是否与地质证据一致。模型模拟可能与证据冲突。我们怎么知道哪个是正确的?
今天发表在《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，被称为全新世全球温度难题。
主要作者Darrell Kaufman是地球与可持续发展学院的摄政教授，亚利桑那大学博士后研究员Ellie Broadman是该研究的共同作者，在NAU获得博士学位时，分析了过去12，000年的广泛可用数据来分解问题。
这项研究建立在考夫曼所做的工作的基础上，这些工作被纳入政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新主要气候报告中，并研究了6，500年前的全球平均温度是变暖的，如过去气候信息的自然档案中的代理证据所示，还是更冷，如模型模拟的那样，与19世纪后期相比， 当工业革命导致人为变暖显着增加时。
这项综合评估得出的结论是，大约 6，500 年前的全球平均温度可能更温暖，随后是 1800 年代结束的数千年降温趋势。但是，他们警告说，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。
“量化过去地球的平均温度，当一些地方变暖而另一些地方变冷时，具有挑战性，需要更多的研究来坚定地解决这个难题，”考夫曼说。
“但追踪全球平均气温的变化很重要，因为它与用于衡量人为变暖进程并确定国际谈判目标以限制变暖的指标相同。特别是，我们的审查揭示了我们对缓慢移动的气候变化知之甚少，包括人类现在启动的力量，这些力量将随着海平面上升和永久冻土融化而在未来几千年发挥作用。
我们所知道的
我们对全新世的气候比任何其他几千年时期都更了解全新世，全新世始于12，000年前最后一个主要冰河时代之后。有来自各种自然档案的已发表研究，这些研究存储了有关大气、海洋、冰冻圈和陆地上发生的历史变化的信息;研究推动气候变化的力量，如地球轨道、太阳辐照度、火山爆发和温室气体;以及将这些力量转化为不断变化的全球温度的气候模型模拟。所有这些类型的研究均纳入本综述。
到目前为止的挑战是，我们的两条重要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6，500年前全球平均温度达到峰值，然后是全球变冷趋势，直到人类开始燃烧化石燃料。气候模型通常显示过去6，500年全球平均气温上升。
如果代理数据是正确的，则表明模型中存在缺陷，并特别表明可以放大全球变暖的气候反馈代表性不足。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。
我们还知道，无论数字呈上升趋势还是下降趋势，过去6，500年全球平均温度的变化都是渐进的 - 可能不到1摄氏度(1.8华氏度)。这比过去100年来已经测量到的变暖要少，其中大部分是人类造成的。然而，由于任何幅度的全球温度变化都是显着的，特别是在响应温室气体变化时，了解6，500年前的温度是更高还是更低对于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式的不确定性。如果作者的首选解释 - 最近的全球变暖之前是6，500年的全球变冷 - 是正确的，那么科学家对自然气候强迫和反馈的理解，以及它们如何在模型中表示，需要改进。如果它们不正确，那么科学家需要提高他们对代理记录中温度信号的理解，并进一步开发分析工具以在全球范围内捕捉这些趋势。
在过去十年中，试图解决全新世全球温度难题一直是气候科学家的优先事项;布罗德曼记得她在2016年开始攻读博士学位时阅读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个问题的理解，这使该领域的科学家更接近全面理解。
最近关于这一主题的研究试图调整代理数据以解释其假定的弱点，在气候模型中插入合理的强迫，并将代理数据与气候模型输出混合，所有这些都对难题的原因得出了不同的结论。这次审查退后一步，通过全面的全球规模评估重新审视这个问题，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高度优先事项。例如，Kaufman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NAU亚利桑那州气候和生态系统实验室的新放射性碳测年技术，该技术可以帮助确定全球变暖是否逆转了长期变冷趋势。
为什么它很重要
布罗德曼的工作包括对科学传播的关注，他创造了伴随研究的数字。这是向受众传达难以理解的结果的关键方式——在气候科学中，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。
“一个有趣的结论是，我们的研究结果证明了区域变化对全球平均气温的影响。地球某些地区的环境变化，如北极海冰减少或现在广袤沙漠中植被覆盖的变化，都可能导致影响整个地球的反馈，“布罗德曼说。
“随着当前的全球变暖，我们已经看到一些地区变化非常迅速。我们的工作强调，其中一些区域变化和反馈对于在气候模型中理解和捕捉非常重要。
此外，考夫曼说，准确重建过去温度变化的细节，可以深入了解气候对自然和人为气候变化的各种原因的反应。这些答复可作为测试气候模型模拟地球气候系统程度的基准。
“气候模型是详细定量气候预测的唯一来源，因此它们的保真度对于规划缓解和适应气候变化的最有效战略至关重要，”他说。“我们的审查表明，气候模型低估了可能放大全球变暖的重要气候反馈。