格陵蘭冰蓋由於其規模、輻射效應和淡水儲存，以及作為一個潛在的臨界點，在全球氣候系統中具有核心作用。
氣象站顯示，沿海地區正在變暖，但由於長期觀測數據缺失，全球變暖在冰蓋中央部分的印記還不清楚。目前基於冰芯的溫度重建在將全球變暖特徵與自然變異性分離方面是模糊的，因為它們的噪音太大，並且還缺失了最近的幾十年的記錄。
隨著格陵蘭冰蓋的融化，它對海平面上升的貢獻越來越大，這是一個嚴重的問題；而冰蓋質量損失的加速會正反饋於氣候變暖，進一步惡化這一問題。越來越多的證據表明，氣候變化也已經到達格陵蘭島中部冰原的高海拔、寒冷和偏遠地區。
然而，如果要把其驅動因素歸結為最近的變化，並更好地確定冰原氣候對人為因素的敏感性，我們就必須知道在工業化之前溫度是如何變化的，即自然氣候的變異性。
冰芯中的穩定水同位素（Stable water isotopes）可以重建過去的溫度。由於單個冰芯記錄是有噪音的，可採用冰芯陣列（arrays of ice cores）來改善氣候信號。儘管過去已經鑽探了許多冰芯，但其中許多沒有納入過去20年的溫度記錄。
不同的代用記錄——來自其他氣候檔案，如樹環或沉積物芯，以及來自氣象站的近期測量數據——可以通過統計學方法結合起來，重建過去的溫度。然而，這種技術可能會低估自然氣候的變化。
對此，研究人員格陵蘭島進行了重新鑽探，對現有的冰芯記錄進行了更新，並結合來自格陵蘭中部和北部的總共21條記錄，重建了從1000年前的前工業時代到2011年的溫度（圖1）。
研究分析了這些記錄之間的統計關係，以及重建溫度與來自沿海氣象站、氣候模型和再分析的數據之間的關係。重建溫度代表了格陵蘭島中部和北部的強有力的溫度記錄，包括工業化前的時間段。
這一方法依靠一個跨越整個時間段的單一代用資料的測量陣列，有力地保留了現代和過去的氣候變異性。這使本研究能夠研究溫度趨勢並推斷出前工業時代的自然溫度變化，從而將最近的溫度趨勢置於一個長期的背景中。
研究發現，格陵蘭島從2001年到2011年的十年是過去千年中最溫暖的十年，比二十世紀的平均溫度高1.5℃（圖1）。這種溫度在自然變異中偶然出現的可能性（即在前工業化時代）幾乎為零。這意味著人為的全球變暖已經到達格陵蘭中部和北部的高海拔地區。
▲圖1 | 格陵蘭島的千年NGT-2012溫度重建記錄。a, NGT-2012的11年平均δ18O（黑色，左軸）和推斷的溫度時間序列（右軸，方法）的綜合記錄（1000-2011年）。淺灰色線條：年均值。紅線強調了作為本研究的一部分進行的重新鑽探將現有的冰芯記錄延伸到2011年。b, 用於NGT-2012的冰芯的位置（圓圈）和附近氣象站的位置。c, NGT-2012的11年平均溫度重建（1871-2011年，黑色）與格陵蘭融水徑流的比較。
▲圖2 | 過去格陵蘭溫度和融水徑流的概率密度分布。a，工業化前時期（1000-1800年）重建溫度的直方圖，以及高斯擬合。縱向虛線表示分別對應於p=0.95和p=0.99的概率的量值。b, 融水徑流異常與溫度異常的函數，以及重建的工業化前概率密度分布。
自有儀器記錄時期（instrumental period; 從19世紀開始）以來，重建溫度與整個格陵蘭島的融水徑流有強烈的統計關係（圖1,2）。這種聯繫可能是由於大氣循環模式導致暖空氣穿過冰原。這種統計關係能夠進一步重建格陵蘭島工業化前的融水徑流記錄，為研究融水徑流和海洋氣候變化之間的關係提供了一個重要的數據集。它進一步表明，現代融水徑流也在自然變化的範圍之外（圖2）。
研究表明，格陵蘭中部和北部最近的溫度高於過去1000年，證明了人類活動的變暖已經到達格陵蘭冰原的高海拔地區，而這是世界上最偏遠的地方之一。同樣，本研究觀察到的融水徑流可能是過去一千年來前所未有的。
由於氣候變暖支持更廣泛的夏季融水事件的頻率增加，在某些情況下也會到達格陵蘭島中部和北部。與在更溫暖和低海拔地區觀察到的冰川變化相似，格陵蘭高海拔地區的冰川特性，如滲透性和融水保留可能發生變化。
溫度和融水徑流之間的緊密聯繫意味著進一步變暖將導致融水徑流的增加，從而加速海平面上升。