格陵兰杜松揭示500年古气候记录：当前气候变暖的历史背景

《Nature Communications》：500-year paleoclimate record inferred from Greenland Juniper wood contextualizes current climate warming

本研究通过构建格陵兰南部杜松（Juniperus communis）的498年树轮宽度年表，重建了1526-2023年夏季温度变化。研究发现21世纪初的变暖在过去5个世纪中前所未有，并首次利用"蓝环"解剖特征记录了1783年拉基火山爆发后的突然降温事件。这项研究为理解北极放大效应和火山活动对气候的影响提供了高分辨率代用资料，对评估当前气候变暖的历史地位具有重要意义。

　　

在北极加速变暖的背景下，格陵兰冰盖的快速消融正引发全球关注。然而，由于高纬度地区高分辨率气候代用资料的稀缺，我们对该地区长期自然气候变动的认识仍存在空白。传统上，格陵兰的气候重建主要依赖冰芯记录，但这些记录存在地理覆盖有限、定年不确定性和时间分辨率不足等挑战。尽管湖泊沉积物岩芯提供了全新世连续的古环境档案，但¹⁴C和²¹⁰Pb定年中的校准问题和沉积速率差异可能带来误差。与此同时，虽然树轮作为气候代用指标具有年际分辨率高和定年精确的优势，但格陵兰苔原植物的年龄限制阻碍了树轮气候学在重建工业革命前气候中的应用。

在此背景下，来自波兰西里西亚大学、剑桥大学等机构的研究团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果，通过分析格陵兰南部活体、枯死和标本馆收藏的杜松样本，构建了长达498年的树轮宽度年表，为理解该地区自然气候变率和当前变暖的历史地位提供了新视角。

研究团队采用的关键技术方法包括：对127个杜松样本进行树轮宽度测量和交叉定年，使用连续切片法和显微切片技术提高窄轮的辨识度；通过双染色技术（藏红和阿斯翠蓝）识别蓝环和霜轮等木材解剖异常；利用树轮宽度指数与器测数据的相关分析建立温度重建模型；采用叠加 epoch 分析评估火山爆发对树木生长的滞后影响。

树轮定年与长期复合杜松年表的构建

最古老的活体灌木含有367个年轮，结合历史样本和枯木样本（最长可达354年），研究人员构建了可靠的498年（1526-2023年）树轮宽度年表。由于杜松生长缓慢、不规则、偏心且缺轮频率高等特点，交叉定年极具挑战性——127个样本中仅有51个被纳入复合年表。统计指标（系列间平均相关系数rbar和表达种群信号EPS）随时间变化但均高于可接受阈值，表明年表质量可靠。通过实施连续切片法和多个显微切片，以及使用蓝环作为时间标记，显著提高了定年可靠性。

气候敏感性分析

研究显示，格陵兰南部杜松年轮宽度与夏季气温存在显著正相关（r_JJA = 0.72，1961-2023年，p < 0.001）。冬季-春季最低气温与杜松生长呈正相关，与积雪深度呈负相关，表明较少积雪和较快融雪对杜松生长有利。云量在冬季月份对杜松年生长也有显著影响（r = 0.32，1961-2013年，p < 0.05），因为无云期间特别是冬季的强烈地面辐射导致温度大幅下降。杜松生长与海冰范围也呈现显著负相关（r = -0.59，1901-2015年，p < 0.001）。

五百年夏季温度重建

通过线性回归方程获得的1526-2023年夏季平均温度重建显示，确定系数为0.52，模型通过了常用的校准和验证统计量。重建显示，过去498年的平均年温度为9.4°C，与1961-1990年参考期（9.3°C）相似，但21世纪明显更暖（10.6°C）。近一个世纪以来，特别是20世纪下半叶和21世纪头十年，变暖趋势显著（1961-2010年JJA趋势为0.25°C/十年，p ≤ 0.01）。重建表明，21世纪初的变暖在过去500年中是前所未有的。

极端年份

研究检测到8个霜环年和13个蓝环年，其中蓝环在1783年（33%）和1815-16年（24%）最为常见。蓝环和霜环等木材异常反映了突然的短期温度下降，而年轮宽度则整合了较长生长季的有利条件。研究发现，蓝环更常见于温暖时期（如1720-1820年和现代温暖期），而霜环则更多出现在小冰期的寒冷阶段。

拉基火山喷发在格陵兰树轮记录中的印记

1783年拉基火山喷发在杜松木材解剖结构中留下了清晰记录。1783年的年轮相对较宽，但火山喷发后最后几排细胞壁出现不完全木质化，形成蓝环。随后的1784年则形成了极窄的年轮，反映了喷发后天气条件的恶化。这是首次通过生物学证据明确记录拉基火山喷发后的极端环境条件。

这项研究将树轮气候学的研究潜力扩展到北极苔原地区，提供了迄今为止最长的北极灌木年轮年表之一。通过使用历史科学考察的标本，结合现代分析技术，研究强调了重新分析古老植物收藏的重要性。重建的500年气候背景证实，即使在格陵兰最南端，近期观测到的变暖也是前所未有的。研究还发现，格陵兰南部17世纪中叶的变暖幅度与基于其他生物代用资料的数据具有显著一致性。这些发现为了解过去火山活动对地球气候的影响提供了有用模型，对北极及邻近地区的古气候研究具有重要意义。