Hur kall blev jorden under den senaste istiden? Sanningen kan ligga djupt under sjöar och kan hjälpa till att förutsäga hur planeten kommer att värmas igen. Kök i sjöbäddar håller kemiska register över tidigare tider, bland dem atmosfärens samtidiga tillstånd ovan. Forskare under ledning av en professor vid Rice University och hennes kollegor har tagit fram en ny beräkningsmodell för att tolka vad de avslöjar.

Sylvia Dee, en biträdande professor i jorden, miljö- och planetvetenskap, och hennes kollegor har skapat en beräkningsmodell för Lake Proxy System för att översätta data från djupt under sjöns ytvatten på ett sätt som relaterar mer direkt till mätbara klimatmodellvariabler.

Deras arbete är en del av en offentlig mjukvaruplattform skapad av Dee som heter PRYSM, och beskrivs i tidskriften American Geophysical Union Paleoceanografi och paleoklimatologi .Forskare som studerar tidigare klimat analyserar geokemiska signaler från arkiv som koraller och iskärnor, eller kodad i ringarna av gamla träd, men alla tolkar inte uppgifterna på samma sätt. Dees strävan har varit att designa enkla modeller som hjälper till att tolka observationer av tidigare klimat mer enhetligt med klimatmodeller, och i processen göra dessa ovärderliga arkiv mer relevanta för studier av framtida klimatförändringar.

"Vi har simuleringar av klimatmodeller som går tillbaka tusentals år, " sa Dee, som gick med i Rice i år. "De hjälper oss att förstå drivkrafterna till tidigare temperatur- och nederbördsförändringar, men vi måste använda klimatdata från det förflutna för att grunda sanningen i modellerna.

"Till exempel, om en klimatmodell visar stark överensstämmelse med de temperaturrekonstruktioner vi har från sjöar, vi kan dra slutsatsen att den här modellens fysik är robust och att den kan göra ett bättre jobb med att simulera vad som kommer att hända under framtida antropogen uppvärmning."

Sjöbäddar lagrar bevis på klimathistoria i skiktade sediment som kan analyseras och dateras genom att extrahera kärnor. Dees studie använde klimatmodelldata för att utforska och förstå sjöarkivet som forskare använder för att rekonstruera atmosfäriska förhållanden under en viss tid.

"Några av de rikaste historierna om temperatur och nederbörd som vi har på jorden kommer från sjöar, Dee sa. "Folk har mätt indikatorer i sediment i åratal, men det är inte enkelt att jämföra dessa data med klimatmodeller.

"Det är där jag kommer in, "sa hon." Jag ingår i en grupp forskare som fokuserar på att översätta mellan vad klimatmodeller berättar om tidigare förändringar i klimatsystemet och vad data berättar. "

Dee och hennes team simulerade sjötemperaturer och klimatarkiv i två sjöar i Afrika, Malawi och Tanganyika, sträcker sig tillbaka till det sista glaciala maximumet cirka 21, 000 år sedan, då globala temperaturer uppskattades vara mellan 3 till 5 grader Celsius kallare än idag.

"Det är ett tydligt mål för klimatologer, ", sa hon. "Vi har ledtrådar från det förflutna som berättar för oss hur kall den afrikanska kontinenten var. Det är sista gången i jordens klimathistoria som det skedde en dramatisk förändring av medelklimatet på grund av koldioxidtvingande, och vi använder den som en testbädd för klimatmodellens prestanda. "

I testfallet, PRYSM:s simulering avslöjade att sjötemperaturproxy underskattade lufttemperaturförändringar. "Folk antar i allmänhet att sjötemperaturrekonstruktioner från sediment återspeglar lufttemperaturförändringar, ", sade Dee. "Vi antar att de förändras samtidigt. Våra modellsimuleringar visar att sjön faktiskt dämpar temperatursignalen.

"Till exempel, om modellerade lufttemperaturer visar en uppvärmning på 4 grader Celsius sedan det sista glacialmaximum i Afrika och sjön dämpar den signalen till 3 grader, vi kan felaktigt dra slutsatsen att lufttemperaturerna var en hel grad varmare än de verkligen var. Vi kan i huvudsak kvantifiera hur mycket fel man kan förvänta sig i vår tolkning av tidigare temperaturförändringar.

De här felen ådras bara av sjön, " Hon sa.

"Det är viktigt att veta, "Dee sa." Dessa sjörekonstruktioner är några av de enda tillgängliga data som hjälper oss att förstå hur temperaturen kommer att utvecklas på den afrikanska kontinenten i en värmande värld. Vår förhoppning är att PRYSM hjälper till att fästa dessa klimatförändringar med högre förtroende. "

PRYSM med öppen källkod är version 2.0, utformad uttryckligen för att modellera klimatarkiv i sjöar. Dee byggde den första versionen för att modellera iskärnor, koraller, grottavlagringar och trädringcellulosa.

Hon och hennes kollegor planerar att lägga till fler kända paleoklimatfullmakter med tiden. Eftersom PRYSM är öppen källkod, vem som helst kan komma åt koden (genom GitHub) och förbättra den.

"Jag försöker få alla i modellerings- och paleoklimatsamhällena att prata med varandra, " sade Dee. "PRYSM är ett försök att få båda samhällena att förstå att vi inte kan jämföra äpplen med apelsiner. Vi måste jämföra paleoklimatdata och modellsimuleringar på ett mer formellt sätt, och därmed, vi hoppas kunna förbättra våra tolkningar av tidigare klimatförändringar dramatiskt.

"Det fantastiska med att kunna ta ögonblicksbilder av temperaturer i det förflutna är att vi förhoppningsvis kan bygga en bredare förståelse för hur planeten kommer att reagera på fortsatta antropogena klimatförändringar, " sa hon. "Vi har direkta mätningar av vad som har hänt under de senaste 150 åren. Men om vi ser längre tillbaka i tiden, vi har större förändringar i koldioxid, större förändringar i vulkanismen och större inlandsisar på jorden. Det är tunga hammare. De hjälper oss att förstå hur klimatet reagerar på starkare forcering."