Abstract Temperature and sea level changes in the Pleistocene are uncertain. This leads to uncertainty in the associated response of the thermal state of the subsea sediments. We quantified the upper bound of the latter uncertainty in idealised simulations with a model for thermophysical processes in the sediments. At the coast and at the shallow and intermediate–depth shelves and except during relatively isolated time intervals, this bound for permafrost base depth and for the methane hydrate stability zone (MHSZ) characteristics (depth of its bottom boundary and its thickness) is ≤45% provided that the geothermal heat flux (GHF) is not larger than 80 mW m−2. These values are much smaller than the uncertainty metrics for the forcing data, which are typically ≥65%. However, for the intermediate shelf with a larger geothermal heat flux and for the deep shelf irrespective of GHF, different forcing time series may even lead to qualitatively different behaviour of the sediment thermophysical characteristics. We found that prescription of sea level changes plays a crucial role in uncertainty of the simulated subsea permafrost and MHSZ in the deep shelf sediments. In addition, we also quantified uncertainty for estimated apparent response time scales. The relative uncertainty for permafrost base depth and hydrate stability zone thickness time scales is ≤20% for most cases. We found no systematic dependence of our results on accounting for millennium–scale temperature variability provided that timescales of the order of 104 yr are resolved by forcing datasets.

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更新世冰川循环的温度和海平面数据集的不确定性：对海底沉积物热状态的影响

摘要 更新世的温度和海平面变化是不确定的。这导致海底沉积物热状态的相关响应的不确定性。我们使用沉积物中热物理过程的模型在理想化模拟中量化了后者不确定性的上限。在海岸和浅中深陆架以及相对孤立的时间段外，永久冻土基底深度和甲烷水合物稳定带（MHSZ）特征（其底部边界深度和厚度）的边界≤45 %，前提是地热热通量 (GHF) 不大于 80 mW m-2。这些值远小于强迫数据的不确定性指标，后者通常≥65%。然而，对于具有较大地热热通量的中陆架和不考虑 GHF 的深陆架，不同的强迫时间序列甚至可能导致沉积物热物理特性的性质不同。我们发现海平面变化的规定在模拟海底永久冻土和深陆架沉积物中 MHSZ 的不确定性中起着至关重要的作用。此外，我们还量化了估计表观响应时间尺度的不确定性。大多数情况下，多年冻土基底深度和水合物稳定带厚度时间尺度的相对不确定性≤20%。我们发现我们的结果对千年尺度温度变化的解释没有系统依赖性，前提是通过强制数据集解决了 104 年量级的时间尺度。不同的强迫时间序列甚至可能导致沉积物热物理特性的性质不同。我们发现海平面变化的规定在模拟海底永久冻土和深陆架沉积物中 MHSZ 的不确定性中起着至关重要的作用。此外，我们还量化了估计表观响应时间尺度的不确定性。大多数情况下，多年冻土基底深度和水合物稳定带厚度时间尺度的相对不确定性≤20%。我们发现我们的结果对千年尺度温度变化的解释没有系统依赖性，前提是 104 年数量级的时间尺度是通过强制数据集解决的。不同的强迫时间序列甚至可能导致沉积物热物理特性的性质不同。我们发现海平面变化的规定在模拟海底永久冻土和深陆架沉积物中 MHSZ 的不确定性中起着至关重要的作用。此外，我们还量化了估计表观响应时间尺度的不确定性。大多数情况下，多年冻土基底深度和水合物稳定带厚度时间尺度的相对不确定性≤20%。我们发现我们的结果对千年尺度温度变化的解释没有系统依赖性，前提是 104 年数量级的时间尺度是通过强制数据集解决的。我们发现海平面变化的规定在模拟海底永久冻土和深陆架沉积物中 MHSZ 的不确定性中起着至关重要的作用。此外，我们还量化了估计表观响应时间尺度的不确定性。大多数情况下，多年冻土基底深度和水合物稳定带厚度时间尺度的相对不确定性≤20%。我们发现我们的结果对千年尺度温度变化的解释没有系统依赖性，前提是通过强制数据集解决了 104 年量级的时间尺度。我们发现海平面变化的规定在模拟海底永久冻土和深陆架沉积物中 MHSZ 的不确定性中起着至关重要的作用。此外，我们还量化了估计表观响应时间尺度的不确定性。大多数情况下，多年冻土基底深度和水合物稳定带厚度时间尺度的相对不确定性≤20%。我们发现我们的结果对千年尺度温度变化的解释没有系统依赖性，前提是 104 年数量级的时间尺度是通过强制数据集解决的。