编辑推荐：
当前气候模型难以模拟北美全新世湿度变化，为探究水文变化驱动因素等，研究人员对北美东部中纬度全新世气候进行代理 - 建模综合研究。结果显示全新世干旱时空模式清晰，且与现代变暖致干燥趋势相似，有助于理解区域气候1214。
在地球漫长的气候演变历史中，全新世（Holocene）的气候状况一直是科学家们关注的焦点。北美地区，这片广袤的土地，其气候的变化不仅对当地生态系统有着深远影响，还与人类社会的发展息息相关。然而，当前的气候模型在模拟北美全新世湿度变化时却遇到了难题，常常无法准确再现代理数据所推断出的干旱情况。这一数据与模型之间的差异，就像一层迷雾，阻碍着我们对水文变化驱动因素的理解，也让我们难以把握不同区域对水文气候强迫的敏感性。
为了拨开这层迷雾，来自芬兰赫尔辛基大学（University of Helsinki）、瑞典斯德哥尔摩大学（Stockholm University）、美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin - Madison）等多个研究机构的研究人员，展开了一项极具意义的研究。他们针对北美东部中纬度地区的全新世气候，进行了代理 - 建模综合研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在数据处理方面，他们收集了大量的化石花粉数据，这些数据来自北美不同地区的湖泊沉积等，通过筛选符合条件的样本，为后续研究提供了丰富的基础资料。在重建古气候时，采用基于机器学习的方法，如集成回归树模型（以增强回归树 BRT 为代表），利用其强大的信号检测能力，从复杂的数据集中提取气候信息。同时，结合多个高分辨率的气候模型模拟结果，包括 CESM1、MPI - ESM 和 EC - Earth 等模型，进行综合分析。
重建全新世湿度和温度的千年趋势
研究人员利用 BRT 校准模型对北美东部中西部（MW）、五大湖（GL）和东北部（NE）三个地区的水均衡进行重建。结果发现，全新世早期到中期存在持续数千年的相对干旱，且不同地区干旱峰值出现的时间存在明显差异。在 NE 地区，干旱在冰消期开始时就已出现，约 11 ka 时水均衡达到最小值 - 180 mm；MW 地区则在全新世中期（约 7 ka）才达到干旱峰值，幅度为 - 110 mm；GL 地区的干旱峰值时间和幅度介于两者之间。此外，通过对温度的重建发现，全新世存在一个温度最大值（HTM），不同地区达到温度最大值的时间大致相同，但幅度从内陆向大西洋方向逐渐减小345。
与气候模型模拟结果的比较
将重建结果与 CESM1、MPI - ESM 和 EC - Earth 等模型的模拟结果进行对比后发现，总体上这些模型与重建的水均衡变化趋势吻合较好，相比早期的 TraCE - 21ka 模拟有了明显改进。不过，数据与模型之间仍存在一些差异，例如 CESM1 对 NE 地区全新世早期干燥条件的低估，MPI - ESM 和 EC - Earth 在 8 - 7 ka 对 MW 地区模拟的湿度偏干等。在温度模拟方面，CESM1 与代理重建结果的一致性相对较好，但 MPI - ESM 和 EC - Earth 模拟的温度在过去 8 ka 明显高于重建值。通过对水均衡各组成部分的分析发现，早期全新世的湿润条件主要是由于潜在蒸散（PET）的大幅降低，而中期全新世的干旱则主要是由高温导致 PET 增加引起的678。
亚千年尺度气候事件和周期性
基于高分辨率的化石花粉记录，研究人员确认了在千年尺度气候趋势之上，还叠加了亚千年尺度的气候事件和周期性变化。在百年尺度上，各地区的水均衡和七月平均温度（Tjul）都显示出显著变化，但地区之间的变化通常并不一致。其中，在 5.5 - 5.0 ka 出现了一个显著的、空间上一致的百年事件，导致了多世纪的湿度最大值。通过小波分析，研究人员在重建数据和模拟数据中都发现了许多显著的周期性变化，如在 MW 和 NE 地区，都存在约 200 年的周期性变化，这可能与太阳活动或内部变率有关91011。
全新世千年干旱的成因及与先前研究的比较
研究表明，全新世主要的时空湿度模式可以由夏季日照趋势、劳伦泰德冰盖（Laurentide Ice Sheet，LIS）消退及其对大气环流的影响来解释。在全新世早期，LIS 的存在导致了大气环流的变化，形成了 MW 地区湿润、NE 地区干燥的格局。随着 LIS 在 8 - 6 ka 逐渐消失，轨道夏季日照的长期变化成为影响气候的主要因素，导致了中期全新世的干旱。研究人员通过与先前研究对比，发现本次研究的重建结果与早期基于其他指标的重建结果相符，但早期气候模拟与代理数据的一致性较差，而本次研究中气候重建与最新一代模型模拟在干旱的起始和发展模式上有较好的一致性121315。
在研究结论和讨论部分，本次研究意义重大。它解决了以往研究中数据与模型不匹配的问题，明确了全新世北美中纬度地区湿度变化的模式和驱动因素。这不仅有助于我们深入理解过去的气候变化，还为预测未来气候变化提供了重要参考。研究结果表明，全新世大部分时期的干旱状况与现代相对湿润的气候形成鲜明对比，而未来随着温室气体浓度上升和全球变暖，北美中东部地区可能会再次面临干旱加剧的情况，就像早期到中期全新世那样。这一研究为我们敲响了警钟，提醒我们要重视气候变化带来的影响，提前做好应对准备。
