多模型方法揭示非洲湿润期(AHP)的时空特征及其气候驱动机制

研究人员为厘清非洲湿润期(AHP)的时空异质性及其驱动机制，整合花粉数据重建(CREST)与地球系统模型(Beyer2020)两种独立方法，对热带非洲9个点位过去2万年的气候演变进行定量重建。研究发现西非AHP始于约1.3万年前由降水增加驱动，而东非最湿润阶段延迟至9000年前，揭示了ITCZ(热带辐合带)与Walker环流等气候系统的区域差异性调控作用，为理解非洲古气候演变提供了多尺度证据链。

　　

非洲大陆的气候演变与人类进化、技术发展密切相关，其中非洲湿润期(AHP, African Humid Period)作为末次冰消期至全新世早期(约14,800-5,500年前)的重要气候事件，其时空特征和驱动机制长期存在争议。传统观点认为AHP是统一的气候现象，但越来越多的证据显示其存在显著区域差异——西非湖泊记录显示早全新世突然增湿，而东非部分遗址却呈现两阶段湿润特征，南部非洲甚至缺乏明确响应。这种分歧引发核心科学问题：AHP是单一气候驱动力的整体表现，还是不同区域受控于多种气候机制的复合结果？

为破解这一难题，瑞士伯尔尼大学(University of Bern)的研究团队创新性地采用"双模型互验"研究范式。他们选取热带非洲(15°N-15°S)9个典型地点的古花粉记录，首次将基于现代植物分布的概率密度重建(CREST)与地球系统机械模型(Beyer2020)进行系统对比。通过整合全球生物多样性信息设施(GBIF)的12.4万条植物分布数据与Worldclim2气候参数，建立花粉-气候定量转换模型；同时利用pastclim软件包提取机械模型的千年尺度气候模拟数据，最终实现站点特异性重建与区域模拟的有机融合。

关键技术包括：1)基于非洲花粉数据库(APD)的9个沉积序列花粉谱标准化处理；2)采用CREST统计模型将1240种植物与现代气候参数(年均温MAT、年降水MAP)建立概率密度函数(PDF)；3)运用Beyer2020和Krapp2021两种机械模型模拟0.5°网格的千年尺度气候变化；4)通过R语言实现时空数据的交叉验证与可视化分析。

研究结果揭示出三大核心发现：

1. 模型一致性验证：花粉重建与机械模型在温度变化趋势上高度吻合，均显示从末次盛冰期至全新世3-5°C的渐进升温。但降水重建存在系统偏差——花粉数据估算的MAP普遍高于机械模型，尤其在干旱区站点差异达3倍，反映山地湖泊记录对区域降水的放大效应。

2. 西非-东非气候分异：机械模型时空图谱清晰显示，西非AHP始于约13,000年前，与降水突增直接相关；而东非最湿润阶段延迟至9,000年前，且伴随复杂的气候振荡。这种"西早东晚"格局支持ITCZ迁移与Walker环流重组共同调控的理论。

3. 南部复杂性机制：15°S以南区域呈现独特响应模式，降水异常峰值出现于末次冰期(20,000-15,000年前)，而非传统AHP时段，表明该区域可能受控于印度洋海温(SST)变化的独立调控系统。

讨论部分深入阐释了气候驱动机制的多元性：西非降水增加主要响应北大西洋冰融驱动的西非季风(WAM)增强；东非则受印度洋季风与地形抬升的交互影响；而南部非洲的干湿振荡可能与南半球环流重组相关。值得注意的是，花粉重建揭示的东非"两阶段"AHP(强烈期至8,000-7,000年前，后续适度干旱化)在机械模型中未能完全再现，暗示当前模型对山地微气候的模拟仍存在局限。

这项发表于《Quaternary International》的研究具有多重科学价值：首次实现非洲古气候多模型系统比对，为AHP的"统一框架下的区域分异"理论提供实证支持；建立的CREST-机械模型耦合框架，为全球变化研究提供新方法学范式；揭示的气候系统相互作用机制，对预测当代非洲气候变化区域响应具有重要启示。特别是发现ITCZ与Walker环流的非同步变化可导致热带非洲出现"气候跷跷板"效应，这一认识将深化对低纬水文循环动力学的理解。