极地粒雪中稳定水同位素分子扩散作为过去温度的代用指标

冰盖中保存的极地降水包含过去温度条件的信息。此类信息可通过测量冰芯中 $\delta{}^{18}\mathrm{O}$ 和 $\delta\mathrm{D}$ 的水同位素信号来获取。这些信号在密实化过程中由于粒雪柱中的分子扩散而衰减，其中扩散量级具有同位素特异性且依赖于温度。利用差分扩散信号，$\delta{}^{18}\mathrm{O}$ 和 $\delta\mathrm{D}$ 的双同位素测量可实现多种温度重建技术。本研究评估了六种不同方法利用基于扩散的温度代用指标重建过去地表温度的效果。其中两种方法基于 $\delta{}^{18}\mathrm{O}$ 和 $\delta\mathrm{D}$ 的单扩散长度，三种方法采用差分扩散信号，最后一种使用单扩散长度之比。所有技术均在合成数据上测试以评估其准确度和精度。我们对来自格陵兰和南极的十三个高分辨率全新世数据集进行了基准测试，这些数据集代表了广泛的年平均地表温度和积累率范围。基于基准测试，我们评述了各方法的准确度和精度。基准测试与合成数据测试均表明，使用单同位素扩散长度可获得最精确的重现，精度约为 $1.0\,^\mathrm{o}\mathrm{C}$。在基准测试中，单同位素扩散长度也被发现能重建一致的温度，均方根偏差为 $0.7\,^\mathrm{o}\mathrm{C}$。