À quel point la Terre a-t-elle eu froid au cours de la dernière période glaciaire ? La vérité se trouve peut-être profondément sous les lacs et pourrait aider à prédire comment la planète se réchauffera à nouveau. parmi eux l'état concurrent de l'atmosphère au-dessus. Des scientifiques dirigés par un professeur de l'Université Rice et ses collègues ont conçu un nouveau modèle informatique pour interpréter ce qu'ils révèlent.

Sylvie Dee, un professeur assistant de la Terre, sciences de l'environnement et de la planète, et ses collègues ont créé un modèle informatique de système proxy de lac pour traduire les données des eaux profondes des lacs de surface d'une manière qui se rapporte plus directement aux variables mesurables du modèle climatique.

Leur travail fait partie d'une plate-forme logicielle publique créée par Dee appelée PRYSM, et est décrit dans la revue American Geophysical Union Paléocéanographie et Paléoclimatologie .Les scientifiques qui étudient le climat passé analysent les signaux géochimiques des archives comme les coraux et les carottes de glace, ou encodé dans les cernes de vieux arbres, mais tout le monde n'interprète pas les données de la même manière. La quête de Dee a été de concevoir des modèles simples qui aident à interpréter les observations du climat passé de manière plus uniforme avec les modèles climatiques, et, ce faisant, rendre ces archives inestimables plus pertinentes pour les études sur le changement climatique futur.

"Nous avons des simulations de modèles climatiques remontant à des milliers d'années, " dit Dee, qui a rejoint Rice cette année. "Ils nous aident à comprendre les moteurs des changements passés de température et de précipitations, mais nous devons utiliser les données climatiques du passé pour vérifier les modèles.

"Par exemple, si un modèle climatique montre un fort accord avec les reconstructions de température que nous avons des lacs, nous pourrions conclure que la physique de ce modèle est robuste et qu'il peut mieux simuler ce qui se passera sous le réchauffement anthropique futur."

Les lits des lacs stockent des preuves de l'histoire du climat dans des sédiments stratifiés qui peuvent être analysés et datés en extrayant des carottes. L'étude de Dee a utilisé les données du modèle climatique pour explorer et comprendre les archives des lacs utilisées par les scientifiques pour reconstruire les conditions atmosphériques pour un temps donné.

"Certaines des histoires de températures et de précipitations les plus riches que nous ayons sur Terre proviennent de lacs, " a déclaré Dee. " Les gens mesurent des indicateurs dans les sédiments depuis des années, mais il n'est pas simple de comparer ces données aux modèles climatiques.

"C'est là que j'interviens, ", a-t-elle déclaré. "Je fais partie d'un groupe de scientifiques qui se concentrent sur la traduction entre ce que les modèles climatiques nous disent sur les changements passés du système climatique et ce que les données nous disent."

Dee et son équipe ont simulé les températures des lacs et les archives climatiques dans deux lacs d'Afrique, le Malawi et le Tanganyika, remontant jusqu'au dernier maximum glaciaire vers 21, il y a 000 ans, lorsque les températures mondiales étaient estimées entre 3 et 5 degrés Celsius plus froides qu'aujourd'hui.

"C'est un objectif clair pour les climatologues, " dit-elle. " Nous avons des indices du passé qui nous disent à quel point le continent africain était froid. C'est la dernière fois dans l'histoire du climat de la Terre qu'il y a eu un changement dramatique du climat moyen dû au forçage du dioxyde de carbone, et nous l'utilisons comme banc d'essai pour les performances des modèles climatiques."

Dans le cas de test, La simulation de PRYSM a révélé que les indicateurs de température du lac sous-estimaient les changements de température de l'air. "Les gens supposent généralement que les reconstructions de la température du lac à partir des sédiments reflètent les changements de température de l'air, " Dit Dee. "Nous supposons qu'ils changent en tandem. Nos simulations de modèle montrent que le lac atténue en fait le signal de température.

"Par exemple, si les températures de l'air modélisées montrent un réchauffement de 4 degrés Celsius depuis le dernier maximum glaciaire en Afrique et que le lac humidifie ce signal à 3 degrés, nous pourrions conclure à tort que les températures de l'air étaient d'un degré plus élevées qu'elles ne l'étaient en réalité. Nous sommes essentiellement capables de quantifier l'erreur à laquelle on peut s'attendre dans notre interprétation des changements de température passés.

Ces erreurs sont encourues par le lac seul, " elle a dit.

"C'est important de savoir, ", a déclaré Dee. "Ces reconstitutions de lacs sont parmi les seules données disponibles pour nous aider à comprendre comment les températures évolueront sur le continent africain dans un monde en réchauffement. Notre espoir est que PRYSM aide à cerner ces changements climatiques avec une plus grande confiance. »

Le PRYSM open-source est la version 2.0, conçu explicitement pour modéliser les archives climatiques dans les lacs. Dee a construit la première version pour modéliser les carottes de glace, coraux, dépôts de grottes et cellulose des cernes.

Elle et ses collègues prévoient d'ajouter d'autres proxys paléoclimatiques connus au fil du temps. Parce que PRYSM est open source, tout le monde peut accéder au code (via GitHub) et l'améliorer.

"J'essaie de faire parler tout le monde dans les communautés de modélisation et de paléoclimat, " a déclaré Dee. "PRYSM est un effort pour faire comprendre aux deux communautés que nous ne pouvons pas comparer des pommes avec des oranges. Nous devons comparer les données paléoclimatiques et les simulations de modèles de manière plus formelle, et ce faisant, nous espérons améliorer considérablement nos interprétations des changements climatiques passés.

"L'avantage de pouvoir obtenir des instantanés des températures dans le passé est que nous pouvons, espérons-le, mieux comprendre comment la planète va réagir au changement climatique anthropique continu, " dit-elle. "Nous avons des mesures directes de ce qui s'est passé au cours des 150 dernières années. Mais si nous regardons plus loin dans le temps, nous avons des changements plus importants dans le dioxyde de carbone, de plus grands changements dans le volcanisme et de plus grandes calottes glaciaires sur Terre. Ce sont des marteaux lourds. Ils nous aident à comprendre comment le climat réagit à un forçage plus fort."