全球气候指标、气候影响驱动因子与全球变暖

在地球系统气候变化研究中,经常考虑全球气候指标,在研究气候影响时,经常用到气候影响驱动因子[1-2],本文简述全球气候指标和气候影响驱动因子,并给出它们与全球变暖和人类强迫的关系。1全球气候指标在气候研究中,使用了许多指标来表征和量化由于自然变化或由于系统的长期变化而发生的气候现象的一个或多个方面。

全球变暖与季风

全球很多地区是季风气候,季风带来风和雨对人类生产和生活以及社会与经济发展有明显影响,因此,长期以来,季风是热门研究课题。根据有关研究,本文简述观测到的全球和区域季风变化,人类活动的影响,以及预估未来全球变暖背景下,全球和区域的季风变化。

全球变暖与城市

城市(city)、城镇(town)和都市(urban)都是城市的考虑范围。城市的界定是一个复杂的问题,直到目前为止,没有一个确定城市边界的国际标准。一般以大量人居住与生活和工作的地方,政府、商业与运输的枢纽为城市,考虑“城市本身”“城市聚集”“大城市区”等作为界定。世界上超过一半人口生活在城市,处在气候变化的前沿。据联合国统计,2022年城市人口占54.5%,预计到2030年将可能达到60%,2050年将可能达到68%。城市的分级也很复杂,一般城市分级从万人极小城市,到千万人特大城市,城镇人口则可能小到仅有百十人。据联合国统计,人口至少101万的城市,在2022年全球有512个,预计2030年全球将达到662个。观测到的不利影响特别集中在经济和社会边缘化(低收入或无收入)的城市居民中(高信度)。人口1000万或以上的特大城市群(megacity)是人为造成的,更值得注意[1-2]。

人类排放情景的设计与全球变暖预估

1气候变化的原因全球气候变化除地球系统内部变率外,自然强迫和人为强迫是重要的外部驱动力。其中自然强迫包括太阳活动和火山活动。人为强迫即人类活动,包括大量化石燃料燃烧排放温室气体、土地利用,以及气溶胶与污染排放等,其强度取决于人口发展与变化、社会经济发展、技术变化及其内部的协调性等。本文重点给出人类强迫的影响。IPCC第六次评估报告明确表明,近百年特别是近几十年来观测到的全球变暖归因为人类活动的影响。

全球变暖与旱涝事件

进入21世纪以来的20来年,全球变暖更加显著[1],随着全球变暖,观测到的各地发生旱涝的情况与未来预估的变化趋势,是政策制定者和公众关心的问题,本文简述最新的研究进展[2]。1全球降水与旱涝在分析全球降水量时,最关注的是旱涝事件。主要包括以下内容。

全球变暖和厄尔尼诺事件

厄尔尼诺事件与全球冷暖和旱涝密切联系,因此一直是受到关注的问题[1]。本文综述在全球变暖背景下,观测到的厄尔尼诺变化和与人类活动的关系以及预估未来在全球变暖背景下的变化。

全球变暖与热带气旋

2023年西北太平洋台风杜苏芮、海葵和玛娃以及东北太平洋飓风希拉里与地中海飓风丹尼尔等带来人员伤亡和严重经济损失,引起广泛关注。本文综述观测到的全球变暖与热带气旋变化特征,分析人类活动的可能影响以及预估未来全球继续变暖情况下热带气旋的变化。

2015—2022年全球最暖

自IPCC发布第六次科学评估报告(AR6)[1]以来,除了世界气象组织(WMO)逐年发布的全球气候状况报告[2-4],美国国家大气海洋局(NOAA)和美国航空航天局(NASA)以及中国气象局也分别发布了2022年全球气候报告[5-7]。这些报告结果一致表明,2015—2022年全球明显变暖,是有观测记录以来连续最暖的8年。近8年的全球变暖特征主要表现为:人类排放增加,日最低温度明显变暖,热浪增加,北极超暖,陆面温度明显变暖,海洋热容量最暖,海洋酸化增加,海洋热浪增加,海冰融化加剧,冰川融化退缩,多年冻土融化,陆地积雪范围和日数减少,海平面上升;一些地区洪涝频发,而另一些地区酷热干旱、热浪与野火多发等。

全球变暖与沙尘暴

沙尘暴是一种灾害性天气现象,全球每年大约有20亿t的沙尘排放到大气中,包括自然和人为因素造成。世界气象组织(WMO)从2017年开始每年发布《大气浮尘公报》,介绍自2016年以来每年全球沙尘变化[1-2]。全球变暖对沙尘暴的发生和变化有什么影响,是公众关心的问题,本文综述观测到的沙尘暴的变化特征和未来在全球变暖的背景下对沙尘暴变化的预估与展望。

人类活动对20世纪中国西北地区气候变化影响检测和21世纪预测

使用各国政府间气候变化专门委员会 (IPCC)第一工作组 (WG1 ) 2 0 0 1年科学评估报告中给出的 7个全球气候系统模式 (CCC、CCSR、CSIRO、DKRZ、GFDL、HADL、NCAR) ,对 2 0世纪中国西北地区气候变化作检测表明 ,从观测计算得到的近百年中国西北地区气候变暖 0 75℃和近 50年气候变暖 0 88℃ ,很可能与人类活动造成大气中温室气体浓度增加以及硫化物气溶胶增加有联系。所有模式的控制试验没有表现出明显的增暖趋势 ,但是 ,根据 2 0世纪的排放 ,所有模式模拟出温室气体增加或温室气体与硫化物气溶胶增加 ,造成西北地区变暖平均为 0 34～ 1 57℃ /1 0 0a和 0 90～ 1 86℃ /50a。所有模式对 2 1世纪中国西北地区气候变化的计算表明 ,2 1世纪由于人类活动排放温室气体增加 ,以及温室气体和硫化物气溶胶增加 ,西北地区气温将可能平均升高 2 79～ 4 50℃ /1 0 0a。对 2 1世纪未来降水变化的分析表明 ,由于温室气体增加 ,以及由于温室气体和硫化物气溶胶增加 ,未来西北地区降水将可能增加 48～ 60mm/1 0 0a。由于全球气候模式在模拟区域尺度气候变化上存在较大的不确定性 ,以及人类活动排放的多样性 ,因此 ,对未来的预测展望存在不确定性。

IPCC成立以来对温度升高的评估与预估

自1990年开始,政府间气候变化专门委员会（IPCC）已经陆续出版了4次评估报告和1次补充报告。本文回顾了近20a对全球及中国温度升高值的评估及预估的变化。全球平均温度的资料来源于IPCC第一工作组4次评估报告,中国的资料则主要来自与IPCC 4次报告大致对应时期的有关研究。

海气耦合模式在东亚地区的可靠性评估

该文利用近３０年（１９６１～１９９０）的表面大气温度、海平面气压、５００ｈＰａ高度和降水的季平均气候资料，评估了５个海气耦合模式（ＤＫＲＺＯＰＹＣ，ＤＫＲＺＩＳＧ，ＮＣＡＲ，ＧＦＤＬ，ＨＡＤＬ）对东亚和中国气候的模拟能力，结果表明，这些模式部有一定的能力模拟东亚和中国的气候，但模拟场都有明显的系统误差，在模拟季平均的气候变量场上不同的模式各有优缺点。另外，冬季的模拟效果比夏季好；５００ｈＰａ高度场的模拟效果最好，降水场的模拟效果最差，海平面气压和大气温度的模拟效果居中，考虑各个季节各个气候变量模拟的总体情况，可以认为在模拟东亚气候的效果上，ＤＫＲＺＯＰＹＣ是目前最好的海气耦合模式。

回顾IPCC 30年(1988—2018年)

IPCC从1988年成立到现在,已经走过了30年,期间出版了5次评估报告,每次报告包括气候科学、影响和对策报告以及决策者摘要,还出版了11个特别报告,6个技术报告和11个方法学报告。2007年12月IPCC获得诺贝尔和平奖,表彰IPCC指出人类对气候的影响,从而为保护人类生存的地球做出的贡献。本文简单综述IPCC的建立、5次科学评估报告的主要进展以及展望,着重回顾与综述IPCC的主题即在全球变暖科学研究方面的进展。

近百年气候变暖的不确定性分析

百年时间尺度全球和中国气候变暖存在不确定性,以中国为例,前50年观测资料不足可能造成百年变暖趋势的不确定性,后50年城市化进程热岛效应可能在增暖中占到25%。贡献于近50年中国气候的变暖,不仅来自人类排放增加,而且城市化,气温自然的准周期性和年代际变率,地面接收太阳辐射的减少(变暗)或增加(变明),以及其他外部强迫如火山活动和太阳活动与气候系统内部作用等。全球气候模式的不确定性和未来情景设计中的问题都将影响对变暖的原因分析,并使得10～20年预测的可信度较低。这些问题有待进一步研究解决。

近百年我国地表气温趋势变化的可能原因

多套观测资料检测表明,近百年来中国气候明显变暖,变暖趋势达到0.2～0.8℃/100a,近50年变暖趋势更达到0.6～1.1℃/50 a.气候代用资料研究表明,中国20世纪的变暖在近千年中属于明显的,但对于20世纪是否为近千年中最暖的百年,还有待更多的观测研究验证.气候模式归因分析表明,20世纪中国的变暖与太阳活动、火山活动和人类活动有关,近50年的明显变暖可能与人类排放引起的大气中温室气体浓度增加有一定联系.但是,目前这一结论仍然存在着不确定性,尚需更多的研究工作.由于中国区域辽阔,不同区域气候差异较大,而且20世纪前50年观测资料匮乏,近千年的代用资料分布不广,因此,应该进一步考证中国20世纪的气温变化和在近千年中的地位.

从检验CMIP5气候模式看CMIP6地球系统模式的发展

世界气候研究项目(WCRP)正在组织第六次气候模式对比计划(CMIP6),全球各个气候模式组正在抓紧发展新模式和做多种相关的数值试验。此时,有必要回顾大量CMIP5气候模式模拟气候变化的效果,以便展望CMIP6的地球系统模式的可能发展前景。目前IPCC第六次评估报告正在启动和进行中,其中所用的主要工具是CMIP6的地球系统模式。

全球和中国降水、旱涝变化的检测评估

持续严重干旱和暴雨洪涝对全球社会经济发展有明显影响,近些年来随着观测记录的加长和对更多的复杂气候模式和人为温室气体排放情景的观察统计,对全球和中国的降水与旱涝变化评估和预估有了更深入研究,注意到20世纪全球和中国降水有多年代际波动,近几十年洪涝和干旱在局部地区频繁发生,如我国的长江流域多发生洪涝,华北地区持续干旱。预估21世纪由于人为温室气体排放增加和全球变暖,全球和中国的降水将可能增加,尤以北半球中高纬度大部分地区降水强度增加明显,而中低纬度部分地区干旱日数将可能增加,应该引起水利、农业、林业、交通、卫生等有关部门的关注。

全球变暖与气候突变

1气候突变、翻转点和不可逆在古气候和历史时期气候变化中有时会发生气候突变,近几十年全球明显变暖,引发人们对是否会发生气候突变的关注。对气候突变与翻转点和不可逆有许多定义,根据IPCC报告,气候突变(abrupt climate change)是指气候从一种稳定态(或稳定持续的变化趋势)跳跃式和快速地(几十年或更短)转变到另一种稳定态(至少稳定几十年或稳定持续的变化趋势)的现象,对人类和自然系统产生严重干扰。它表现为气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化,或地球系统非线性响应。

CMIP6的设计

目前第六阶段耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,简称CMIP6）正在紧张有序地进行中,这次参加对比的气候模式都是地球系统模式,其所有模式的全部计算结果将提供给各国科学家在研究全球和区域气候变化科学、影响和对策中使用。为便于大家了解和在未来的应用,这里简述CMIP6的设计[1]。1 CMIP6设计考虑的科学焦点（1）科学背景。

风电场对气候变化影响研究进展

综述了国际评估风电场对局地和全球气候变化的短期和较长期的可能影响,并且将其影响与人类排放的影响作简单的对比。大量的观测和数值模拟研究表明,风电场的运行明显减小下游风速,同时随局地近地层稳定度的不同也造成下游温度明显上升或下降。一些数值模拟研究表明,如果全球建立大量大型风电场,例如假定全球使用风能占总能源10%以上,即全球陆地的30%～40%和全球海洋浅水区均建有风电场,这些风电场的运行将可能造成全球变暖和风速减小。目前风电场对全球气候的影响尚具有很大的不确定性。