董亚杰等-NC：东亚软体动物化石重建季节温度解疑“全新世温度谜题”

　　全新世以来（约1万年前至今）全球气温如何变化？现今的气候变暖是否已经达到1万年来最温暖的程度？回答这个问题主要有两个途径：1）地质记录；2）古气候模拟。集成的地质记录显示在早中全新世（距今～9000-6000年）有一个大暖期，其后温度逐渐下降，至工业革命以来再次变暖（Marcott et al., 2013）；而古气候模拟揭示全球年均温在过去1万年来持续上升（Liu et al., 2014）。目前学术界对全新世气温的变化过程、机制和记录-模拟差异的原因仍未达成共识，被称之为“全新世温度谜题（Holocene temperature conundrum）”。 

　　争论焦点之一，来自地质记录中气候代用指标是否存在季节性偏差，即地质记录重建的温度是不是反映真实的年温度信号？是否主要受夏季温度的控制？但由于缺少过去1万年来不同季节温度演化过程的记录和认识，难以评估和回答不同季节温度对年温度贡献的问题。因此寻找对季节性气候敏感的量化指标和连续的记录是解疑这个谜题的突破点。 

　　中国科学院地质与地球物理研究所董亚杰副研究员与吴乃琴研究员、李丰江副研究员、吕厚远研究员、云南师范大学沈才明教授等选用揭示季节性变化方面具有独特优势的陆生软体动物（蜗牛）为研究对象，系统采集了中国北方约1000公里梯度范围内的表土蜗牛组合样品和2万年来黄土剖面的蜗牛化石样品（图1），建立了东亚最丰富的现代陆生蜗牛-气候参数数据库和全新世蜗牛化石样品库。 

图1 中国北方表土蜗牛组合样品采集点和黄土蜗牛化石样品点分布

　　（1）利用现代陆生蜗牛-气候环境数据库进行典型对应分析表明，年温度和季节性气候参数是蜗牛群落主要的控制因子，显著性检验揭示出蜗牛组合是定量重建过去年温度和季节性气候参数的可靠指标。 

　　（2）基于区域加权-加权平均偏最小二乘法（LW-WAPLS），成功建立了蜗牛组合-年均温/春夏秋冬季节温度定量转换函数，将这个转换函数应用到黄土剖面的蜗牛化石记录中、重建了2万年来黄土高原年均温和四季季节温度的变化过程（图2），重建结果表明，无论是独立重建的年均温还是四季算术平均的温度在~9 000-4 000年期间都存在大暖期，随后在中晚全新世温度降低（图3）。 

　　（3）利用方差贡献方法，揭示出全新世夏季、冬季温度对年均温的贡献显著高于春、秋季温度的贡献，不存在地质记录中年均温度变化趋势只受控于夏季温度变化的结果。 

图2 蜗牛组合转换函数定量重建的2万年来黄土高原季节温度变化过程

图3 黄土蜗牛化石记录的2万年来年均温变化与气候模拟记录的对比　　  

　　这项工作建立了无脊椎动物群落量化季节性气候参数的研究方法，揭示了东亚地区全新世以来陆地季节温度和对年均温贡献的变化过程，查明代用指标的季节性偏差并不是地质记录-模型不一致的主要原因，为解疑“全新世温度谜题”、评估气候模型的可靠性提供了重要参考。

　　研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications （董亚杰*，吴乃琴*，李丰江，张丹，张月婷，沈才明，吕厚远. The Holocene temperature conundrum answered by mollusk records from East Asia[J]. Nature Communications, 2022, 13: 5153. DOI: 10.1038/s41467-022-32506-7）。该成果受国家自然科学基金（No. T2192954、41888101、41830322、42172210）、中国科学院先导专项B类项目（No. XDB26000000）联合资助。