החלת מידע סביבתי למחקרי אקלים היסטוריים

הקדמה: בריחת העבר וההווה עם נתונים סביבתיים

מחקרים היסטוריים של אקלים תלויים זמן רב בחשבונות כתובים ובפרוקסים פיזיים כגון ליבות קרח וטבעות עץ.מקורות אלה מציעים הצצה לאקלים העבר, אך לעתים קרובות אין להם את ההחלטה הדרושה כדי להבין שינויים מהירים או שינויים מקומיים.הפיצוץ האחרון באוסף נתונים סביבתיים – מונע על ידי התקדמות בניסויי אקלים מרוחקים, ניתוח גנטי, ומאות שנים של גיאוכימיות גיאוכימיה גבוהה – הופך את האופן שבו חוקרים מדויקים יותר של כדור הארץ, והיסטוריים, יכולים להמשיך לשלב נתונים מדויקים יותר.

מה הנתונים הסביבתיים בקונטקסט של ההיסטוריה של האקלים?

נתונים סביבתיים מתייחסים לכל מדידה שניתן למדידה קוונטית שנלקחה מארכיונים טבעיים המעדימים תנאים סביבתיים קודמים.בניגוד למסמכים היסטוריים, אשר עשויים להיות מוטים או לא שלמים, נתונים סביבתיים מספקים ראיות אמפיריות שניתן להעבירם ולהשתמש בהם כדי לבנות שחזורים כמותיים.

(FLT:0) Proxy מבוסס:FLT:1 רוב הנתונים מגיעים מפרוקסיות ביולוגיות, כימיות או פיזיות שמגיבות למשתנים אקלים כמו טמפרטורה, משקעים או יצירה אטמוספרית.
(ב) רזולוציה גבוהה של זמן: 1FLT:1reas, כגון טבעות עץ או גלימות האגם השנתי (varves), יכול להניב רשומות שנתיות.
(ב) סיקור:0 (Spatial Coverure: 1) רשתות מודרניות של ליבות של סימנט, ליבות קרח, ודגימות ספירות משתרעות על פני כל היבשות והאוקיינוסים.

נתונים סביבתיים אינם עומדים לבדם.זה בדרך כלל מכוונן כנגד רשומות אינסטרומנטליות (שם זמין) ומשלבים מודלים חישוביים כדי להפר את מצבי האקלים הקודמים.

סוגים של נתונים סביבתיים המשמשים במחקרים היסטוריים

Ice Cores: A Direct Window into Ancient Atmospheres

ליבות קרח שנקטדו מגלי קרח וקרחונים בעלי יכולת גבוהה לשמר בועות אוויר לכודות המכילות דגימות של אטמוספירה העבר.ניתוח של בועות אלה מגלה ריכוזים של גזי חממה כמו פחמן דו-חמצני (CO2), מתאן (CH4), וחמצן ניטרוס (N2O) חוזר מאות אלפי שנים.

(FLT:0) התחייבויות: ליבת הקרח 1:1 מוגבל גיאוגרפי לאזורים קרים ועשויים לסבול מטבולוז גז או שכבת היתוך.

טבעות עץ: רשומות שנתיות של צמיחה ולחצים

Dendrochronology - המחקר של טבעות עץ - חומרים נתונים של רזולוציה שנתית על טמפרטורה, משקעים, ואפילו היסטוריה אש.עץ להוסיף טבעת צמיחה אחת בשנה (באזורים ממוזגים), ורוחב, צפיפות, והרכב כימי של כל טבעת משקפים תנאים גדלים.על ידי גלגול דגימות מעצים חיים, עץ מת, עץ ארכיאולוגי, מדענים בנו כרונולוגיות המשתרעות על פני אלפי שנים באזורים מסוימים, כגון תאוריות מערביות של אורנטינוסריות.

(FLT:0) שכפול: רשומות עץ 1:1 הם שימושיים במיוחד עבור שחזור ההיסטוריה של בצורת, טמפרטורות קיץ וזרימה זרם. הם שימשו לזיהוי מגהדות בדרום מערב אמריקה אשר עולה על כל מי שנרשמו בתקופה האינסטרומנטלית.

ניתוח: Reconstructing Vegetation and Climate

Palinology - הניתוח של אבקה מאובנים ו spores - מספק תיעוד של צמחייה בעבר.מכיוון שקהילות צמחיות נשלטות מאוד על ידי אקלים, אסימונים אבקה ניתן להשתמש כדי להפר טמפרטורה ומשטרי משקעים. דגנים פולן בשפע במשקעים האגם, אגוט באגים, ופקדות ימיות, והם משמרות היטב מעל פני מאות שנים.

(FLT:0)Strengths וחולשות:FLT:1 , נתוני פולן ללכוד אותות אקלים אזוריים רחב, אבל הוא לעתים קרובות מוגבל על ידי זיהוי מסונומי של סוגי אבקה ועל ידי העובדה כי כמה צמחים לייצר אבקה אשר לא מתפזר באופן נרחב.

שכבות של סימנט: Archives of Oceanic and Terrestrial Change

Lake and Ocean sediments מצטברים שכבה על ידי שכבה, מלכודות אינדיקטורים כימיים, ביולוגיים ופיזיים. Varved sediments (שכבות קצבות קצבות קצבות) מספקים פתרון שנתי, בעוד שמשקעים אחרים מניבים קשקשים של זמן. Proxies נמדדים בליבת סימנט כוללים:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (ב"ג) ⁇ (ב"ג) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) יחס של אי-הטבעה 1 (בקיצור:0) מ-Ecee ימית שיאוות את טמפרטורת פני הים.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ליבות סימנט מהקומה באוקיינוס היו חיוניות בבניית מחזורי קרח-קרחוניים, בעוד שמשקעים האגם חושפים שינויים ב הידרולוגיה מקומית ושימוש בקרקעות אנושיות.

שם מקור: Cave Deposits as Climate Recorders

סטגממיטים ו stalactites (speleothems) גדלים לאט מ טפטוף מים במערות אבן גיר.שכבות הצמיחה שלהם, יחד עם יחס חמצן ופחמן הואטופי, שינויים שיא במשקעים, טמפרטורה וצמחייה מעל המערה. רזולוציה גבוהה אורניום-סדרה היכרויות מאפשר מודלים מדויקים גיל.

אלמוגים: High-Resolution Ocean Climate Archives

אלמוגים בונים להקות צמיחה שנתיות ומשלבים אלמנטים (למשל, יחסי סטרנטיום / calcium) ואיזוטופים חמצן שמשקפים את טמפרטורת פני הים ואת הסליניות. אלמוגים יכולים לספק רשומות בקנה מידה של מאה שנים מאוקיינוס טרופי, אזורים קריטיים להבנת אל ניניו-דרום אוסוציאל (ENS) התנהגות ו-Virdability שלה.

נתונים היסטוריים וסרטוניים: הממד האנושי

בעוד שלא "חינוימנטל" במובן קפדני, רשומות בכתב - כגון יומני ספינה, תאריכי קציר ומילניום אישיים - ניתן לדיגיטליים ולניתוק כפרוקסיות אקלים.רשומות אלה ממלאות לעתים קרובות פערים בתקופה המוקדמת של המאה ה-17 עד המאה ה -19) ולספק מידע סביבתי יכול להיות מוצף עם מסמכים היסטוריים כדי לאמת שחזורים.

שיפור נתונים סביבתיים למודלי אקלים

נתונים של Raw Proxy חייבים להיות מומרים לתוך הערכות אקלים כמותיות לפני שניתן להשתמש בהם במודלים.תהליך זה כרוך בשקיקה, מודלים קדימה, ובולפולציה.

פונקציות של הובלת וקידום

מדידות Proxy מתכווצות נגד נתונים אינסטרומנטליים מודרניים כדי לקבוע מערכת יחסים.לדוגמה, היחסים בין רוחב עץ וטמפרטורת הקיץ נקבעים באמצעות תקופות חופפות (למשל 1900-הווה). פונקציה העברה מוחלת על מנת לשחזר את הטמפרטורה הקודמת מ טבעות עץ.

מידע על Assimilation

גישות מתקדמות יותר משלבות רשומות Proxy מרובות עם מודלים של מחזור כללי (GCMs) באמצעות הטמעת נתונים, טכניקה שנלקחה מחיזוי מזג האוויר.המודל מדמה את האקלים לתקופה מסוימת, ותצפיות Proxy משמשים כדי להתאים את מצב המודל כדי להתאים טוב יותר את הראיות.זה מניב שחזורים מרחביים עם שדות עקביים פיזית.

מודלים - Proxy השוואות

מודלים אקלים הם לעתים קרובות לרוץ לתקופות קודמות (למשל, אמצע Holocene, האחרון גלוני מקסימום) בהשוואה לשחזורים המבוססים על פרוקסי. Discrepancies מדגיש אזורים שבהם מודלים צריכים שיפור או היכן ניתן להסיק פרשנות Proxy. מחזור זה הוארטיבי שיפר את ההבנה שלנו של משובי אקלים, כגון תפקידם של צמחייה בעצימות מוקדמת של Holocene.

אתגרים ומגבלות בשימוש בנתונים סביבתיים

נתונים אפילפסים ו-ספאטי ביאס

ארכיוןים של קובצי Cookie אינם מחולקים אפילו. ליבת הקרח היא בקושי באזורים הטרופיים, הכרונולוגיות של טבעות עץ הן ספאריות באפריקה ובדרום אמריקה, ורשומות סקרן מרוכזות לעתים קרובות באזורים ממוזגים.

החלטה זמנית ושליטה בעידן

לא כל הפרוקסים מציעים החלטה שנתית. ליבות של חיל הנחתים של הנחתים הימיים עשויים להיות פערים לאורך מאות שנים בין שכבות אפילליות, מטושטשות אותות דלות. היכרויות רדיוקרבן יש אי-ודאות של עשרות שנים עד מאות שנים.

זיהום ודיגנזיס

תהליכים פוסט-מוכיחים יכולים לשנות אותות Proxy.Diffusion בליבות קרח, ביומטריזציה במשקעים, ופירוק של פגזים פחמן יכול להפיג את אות האקלים המקורי. Microbes במשקעים יכול גם לשנות סמנים גיאוכימיים אורגניים. ⁇ דוגמית ופיזור רב של סגמנטציה צלב-מערכתית הם הכרחיים.

פרשנות סיבוכים

פרוקסיזות רבות מגיבות לגורמים סביבתיים מרובים.לדוגמה, רוחב עץ מושפע הן מטמפרטורה והן ממשקעים, ופרידה ההשפעות דורשות מדידות נוספות (למשל, איזוטופים יציבים) באופן דומה, הרכב איזוטופי החמצן של קרח תלוי הן בטמפרטורה והן בלחות אזור המקור.גישות מרובותproxy ושיטות סטטיסטיות (למשל, ניתוח הראשי, מודלים ביירסיאנים) מסייעות להשפעות סבוכות אלה.

חלופות אנושיות

שינוי הקרקע, זיהום ושינוי אנושי ישיר של נופים (למשל, מחיקה, השקיה) יכול להסוות אותות אקלים טבעיים במאות האחרונות. זיהוי ותיקון להשפעות אנתרוגניות הוא תחום פעיל של מחקר, במיוחד במחקרי סקרן ופיסול.

קווים חדשים בשיקום האקלים ההיסטורי

ניתוח גרפימי וביומרקר

DNA עתיק (א-DNA) ממשקעים ומליבות קרח מתפתח כתוראי חדש.על ידי ריצוף DNA מפורש של צמחים, בעלי חיים ומיקרובים, החוקרים יכולים לשחזר מערכות אקולוגיות קודמות ולפרור את תנאי האקלים יותר מאשר עם אבקה לבד.

Machine Learning and Big Data

עם הפצת רשומות Proxy (אלפי אתרים, מיליוני נקודות נתונים), אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לעזור לזהות דפוסים, ליצור קלויות חזקות יותר, ולמלא פערים מרחביים. ערפילית יערות אקראיים הוחלו ברשתות עץ-הכנסות כדי לשחזר שדות טמפרטורה.רשתות עצביות מהפכתיות נחקרות כדי לנתח תכונות חזותיות בשכבות סימנט.

המונחים: unquitification

שחזורים מודרניים מדגישים הערכות אי הוודאות קפדניות.מודלים ההיררכיים של בייסיאנוס, למשל, יכולים להפיץ שגיאות ממודלים בגיל, קלברסציה וגמישות פרוקסי לתוך שחזורים סופיים.

שילוב עם Sensing מרחוק

נתונים של לוויין מספקים כיסוי עולמי של טמפרטורת פני השטח, אינדיקציות צמחיות, ותנאי פני הים בעשורים האחרונים.תצפיות ברזולוציה גבוהה אלה עוזרות לחדד את הכובד של פרוקסיות ישנות יותר.

תקני נתונים קהילתיים ו-Open Access

שרידים כמו:0 (השירות העולמי של ⁇ ) עבור PaleoclimatologycioFLT 1 ו-FLT:2Neotoma Paleoecology DatabaseFLT 3 הם קריטיים לשיתוף נתונים ולהשתמש מחדש. מטבוליזם סטנדרטי ועדכונים רצופים להבטיח כי ניתן לשחזר ולשפר את השחזור.

מדוע מחקרים היסטוריים חשובים כיום

הבנת האקלים בעבר אינה רק פעילות אקדמית.הנתונים ההיסטוריים מספקים בסיס נגד אילו שינויים נוכחיים ניתן למדוד.לדוגמה, שיעור העלייה ב-CO2 במאה האחרונה הוא חסר תקדים ברשומות הליבה קרח שחוזרות ל-800,000 שנה, כמו כן, נתונים של עץ ותיעוד תיעודי מראים כי ההתחממות האחרונה של הארקטי היא כנראה הגבוהה ביותר ב-1,200 שנה לפחות.

יתר על כן, מחקרים היסטוריים חושפים את המגוון המלא של יציבות האקלים הטבעית, כולל שינויים פתאומיים כגון עידן הקרח הקטן ועידן האקלים מימי הביניים אנומליה.אירועים אלה מסייעים למדענים לבחון את יציבות מערכות האקלים בתנאים שונים של גבולות. קובעי מדיניות משתמשים במידע זה כדי להגדיר מטרות פליטות, לפתח אסטרטגיות הסתגלות ולהעריך את הסיכון של אירועים קיצוניים.

לבסוף, שילוב של נתונים סביבתיים עם מחקרים היסטוריים של אקלים יכול להאיר את ההשפעה האנושית על האקלים - הן בעבר והן בהווה. על ידי בניית קרקעות שינויים ממזהמים ומשקעים, החוקרים יכולים לכמת את ההשפעות הקלמטיות של נזילות וחקלאות לאורך אלפי שנים.פרספקטיבה ארוכת טווח זו חיונית לקביעת מדיניות אקלים יעילה שמכבדת הן את ההיסטוריה הטבעית והתרבותית.

מסקנה

נתונים סביבתיים הם מהפכה במחקרים היסטוריים על ידי מתן ראיות רזולוציה גבוהה, כמותיות כי הולך מעבר לרשומות כתובות.מ ליבות קרח וטבעות עץ לדנ"א עתיק ודימויים לוויין, תיבת הכלים לשיקום אקלים העבר מתרחבת במהירות.בעוד אתגרים כגון פערי נתונים, אי-ודאות גיל ומורכבות פרשנות נשארים, שיתוף פעולה בין-תחומי והתקדמות חישובית הם מעליהם.