TS.3.5 古气候视角
古气候研究利用钻孔测得过去的温度、海洋沉积物孔隙水变化、冰川范围变化的测量、以及涉及化学、物理和生物参数变化的代用测量资料。上述参数反映了过去环境的变化，而在这些环境中代用资料增加或存在。古气候研究依靠多种代理资料，以便能对结果进行交叉检验并更好地认识不确定性。目前广泛接受和经检验的观点是，许多生物有机体(如树木、珊瑚、浮游生物、动物)改变其生长和/或种群动态，以适应不断变化的气候。活的和死的(化石)标本或有机体的集合在过去的生长过程中很好地记录了这些因气候引发的变化。在时间尺度上与仪器资料相叠加进行标定的基础上，使用树木年轮宽度和树木年轮密度年代学测量网络来推断过去温度的变化。虽然这些方法被大量采用，但是在以下方面存在一些担忧：如现有测量值的分布；这些测量值如何在全球取样；这些方法存在多达程度上存在空间和季节偏差，或者在与最近气候变化的关系上所存在的明显分歧。{6.2}
20世纪下半叶北半球的平均温度很可能比过去500年内的任何其它50年的温度高，并可能是至少过去1300年内最温暖的时候。支持这些结论的资料最为广泛，遍及夏季温带陆地地区(尤其是较长的时间段；见图TS.20)。这些结论以代用资料(如树木年轮的宽度和密度、冰的各种要素的同位素组成、珊瑚生长带的化学成份)为基础，这需要进行分析以获取温度信息和相关的不确定性。温度和降水是关键的不确定性要素，在某些情况下难于分开，或代表特定的原因而非代表所有的年份。目前，有自TAR以来改进后的及扩充后的资料，例如包括更多站点的测量资料、改进后的对钻孔温度资料的分析以及对冰川、珊瑚和沉积物进行更广泛的分析。然而，自1850年以来，无论是在时间和空间上古气候资料比仪器记录更为有限，所以使用统计方法来构建全球平均值，且这些也容易引起不确定性。目前的资料太有限而不能在仪器资料时期之前对南半球的温度进行类似的评估。{6.6，6.7}
TAR之后的一些研究表明，由于使用特定替代资料、处理的具体统计方法和/或调节尺度以反映过去的温度，所以北半球多个世纪的变率大于TAR给出的变率。增加的变率意味着主要是在12－14世纪、17世纪和19世纪期间的气候更加凉爽，由于火山爆发和/或太阳活动，这些现象可能与自然强迫有关。例如，与目前的情况相比，各种温度重建意味着17世纪太阳活动的减少和火山灰活动的增加。一次重建揭示11世纪比TAR给出的温度略温暖一些，但仍处于TAR所引用的不确定性范围内。{6.6}
过去的一千年期间冰芯CO2的记录对自然气候变率带来另一种制约。北半球在工业化前从基于代用资料的温度重建(<1°C)的年代际(十年)北半球温度变化幅度与冰芯CO2的记录和对碳循环-气候反馈强度的认识大体一致。南极洲大气中的CO2和气温在过去650,000年期间共同变化。现有资料表明，CO2起到了放大反馈作用。{6.4, 6.6}
冰川的变化在全新世资料中很明显，但这些变化是由于不同的过程而并非20世纪晚期的退缩造成的。在11,000年和5000年前，北半球若干个山区冰川退缩以响应轨道强迫的区域变暖。这些冰川在5000年以前的各个时期比20世纪末的规模小(或甚至不复存在)。目前几乎全世界山区的冰川都在退缩，这不能归因于同一原因，因为过去数千年北半球夏季日射的减少有利于冰川的发展。{6.5}
古气候资料为许多区域气候变化提供证据。ENSO事件的强度和频率在过去的气候条件下发生了变化。有证据表明，亚洲季风的强度和由此带来的降雨量存在很大的变化。北非、东非和北美的古气候记录表明，持续几十年到几百年的干旱是这些地区气候的经常性特征，所以最近北美和中非的干旱并非史无前例。单独的年代际分辨率古气候资料集支持区域准周期性气候变率的存在，但这些区域信号不可能 在全球尺度上保持一致。{6.5, 6.6}
从海洋沉积物资料和模拟中获得的强有力的证据与末次冰间期的气候突变以及与间冰期向大西洋环流变化过渡相关联。目前的认识表明，当超过关键阈值时，海洋环流变得不稳定并发生快速变化。这些事件对格陵兰岛温度的影响高达16°C，并影响热带降雨分布。这些变化或许与北半球和南半球之间热量的重新分配有关，但与全球平均温度的大的变化无关。过去8000年期间尚未发现这类事件。{6.4}
通过提高目前模拟过去气候状况的模式的能力，认识过去气候变化和轨道强迫变化的信度。末次冰盛期(LGM；约21,000年前的末次“冰期”)和中全新世(6000年前)与目前的气候不同，这不是由于随机变率，而是由于改变的与已知的地球轨道差相关的季节和全球强迫(见框TS.6)。地球生物化学和地球生物物理反馈放大了对轨道强迫的响应。对LGM的模拟的状况和重建状况的比较表明，模式抓住了推断的温度和降水型态变化的总体特征。对中全新世而言，耦合的气候模式能够模拟中纬度变暖和增强的季风，全球平均温度变化不大(<0.4°C)，这与我们对轨道强迫的认识是一致的。{6.2, 6.4, 6.5, 9.3}
框TS.6: 轨道强迫
众所周知，根据天文计算，地球围绕太阳沿地球轨道转动为特征的周期性变化控制着从大气顶部射入太阳辐射的季节和纬度分布(此后统称‘日射’)。可计算具有高信度的过去和未来数百万年内的日射变化。{6.4}
岁差是指当地球在某年最靠近太阳时的时间变化，准周期约为19,000和23,000年。因此，轨道位置的变化和季节的持续时间对日射的纬度和季节分布具有强有力的调节作用。日射的季节变化比年平均变化大得多，并可达到60Wm–2(框TS.6，图1)。
地球轴的倾斜度(斜面)在大约22°－24.5°之间变化，两个相邻的准周期约为41,000年。倾斜度的变化对季节反差和年平均日射变化进行调节，并在低纬度和高纬度产生相反的影响(因此对全球平均日射没有影响){6.4}。
地球绕太阳的轨道离心率在400,000年和100,000年时有更长的准周期。由于太阳和地球之间距离非常微小的变化，所以离心率本身的变化对日射产生的影响有限。然而，离心率的变化与二分点的倾斜度和岁差所引起的季节性效应相互作用。在低离心率期间，如大约400,000前和在下个100,000年期间，岁差引起的季节日射的变化没有更大离心率期间的变化大(框TS.6, 图1)。 {6.4}
目前，米兰科维奇周期或冰期‘轨道’理论已经成熟。冰期通常由北半球夏季高纬度日射的最小值引发的，这使冬季降雪持续整年并因此堆积成北半球冰川的冰盖。同样，轨道变化决定了具有强烈的北半球高纬度夏季日射的时间段，这被认为引起了冰川的快速消失、有关的气候变化和海平面升高。这些轨道强迫决定了气候变化的速度，同时全面的响应似乎是由扩大轨道推动力的强有力的反馈过程决定的。在多个千年时间尺度上，轨道强迫也对关键的气候系统(如地球上的主要季风、全球海洋环流和大气温室气体含量)产生重大的影响。{6.4}
现有证据表明，自然冷却趋势不会将目前的变暖减缓到冰川状况。有关地球对轨道强迫的认识表明，地球在至少30,000年内不会自然进入另一个冰期。{6.4, FAQ 6.1}
主要由于极冰的退缩，全球平均海平面可能比大约125,000年前的末次间冰期高出4－6米(图TS.21)。冰芯资料表明格陵兰顶峰地区在这期间被冰覆盖，但格陵兰岛南部的一些地区冰盖面积在减少。冰芯资料还显示，由于地球轨的差异，那时候的极地平均温度比20世纪还高出3-5°C。格陵兰冰盖和其它北极冰盖可能造成观测到的海平面升高不低于4米，这意味着南极也可能做出了贡献。{6.4}