气候变暖中自然和人类强迫的联合估算

大多数21世纪气温变化的预估研究只考虑人类排放增加,但是实际气温的变化既有自然变化又有人类影响。本研究在综述以前研究的基础上,尝试综合考虑自然和人类共同强迫,来估算未来10-20年中国的气温变化。估算表明,气温的自然变化大约在-0.1～-0.8℃,人类影响大约在0.5～2.0℃。最后,分析了估算的不确定性。

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。

平衡态和瞬变气候对人类活动强迫的响应

海陆气耦合模式,是用来定量描述过去气候变化的成因和预报未来气候变化的唯一数学工具。由于大气反馈过程的差异,特别是云辐射反馈的差异,这些模式对外强迫的平衡态响应有相当大的差异。然而,参加政府间气候变化专门委员会(Inter-governmental Panel on Climate Change,IPCC)第4次评估报告(Assessment Report,AR4)的所有耦合模式,对20世纪气候的模拟结果均非常相似。本文研究了这种相似性的产生原因及启示。结果表明,若大气反馈越大,则气候对外强迫的响应时滞越长、与深海的热交换越多、模式中海洋涌升流的影响越大。这3种同样重要的物理机制共同作用,降低了瞬变气候变化对模式差异的敏感性;然而,在较长的时间尺度上,模式间大气反馈过程差异将在多个方面显现出来。

北半球温室气体和土地利用/覆盖变化对地面气温日较差的影响

为了探究温室气体(greenhouse gas,GHG)和土地利用/覆盖变化(land use and land cover change,LULCC)对于地面气温日较差(diurnal temperature range,DTR)的影响及相对贡献作用,本文采用耦合地球系统模式(Community Earth System Model)进行了模拟研究。模拟结果表明:GHG浓度的增加导致北半球中高纬度地区年平均DTR显著降低,但GHG引起DTR变化存在显著的季节差异,在暖季和冷季,北美地区和西伯利亚地区呈现出相反的变化特征,GHG增加对于中高纬度地区年平均DTR的降低作用主要是由冷季贡献的。LULCC通过影响叶面积指数和地面反照率显著降低东亚、南亚、欧洲和北美东部地区的DTR。通过创建一种新的分析方式,本文研究了GHG和LULCC对DTR的相对贡献作用,在北半球高纬度地区,GHG在DTR的变化中扮演着主导作用,但在中纬度地区和南亚地区,无论是DTR变化数值的正负符号还是大小,LULCC都起着显著的影响作用。

2022年夏季青藏高原高温干旱复合事件的双变量归因

相对其气候态而言,青藏高原2022年夏季的温度之高不可忽视.尤其是高温伴随着少雨,使得2022年夏季成为青藏高原至少自1961年以来最热且降雨量最少的一个夏季.鉴于青藏高原气候变化的敏感性,本文利用HadGEM3-A-N216模式大样本模拟和基于Copula函数的联合概率分布,从双变量极端事件归因的角度研究了以全球温室气体排放为主的人为强迫对此次青藏高原高温干旱复合事件的贡献.结果表明,根据基于1961~2022年期间观测数据拟合的联合概率分布,青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件的发生概率达到4000多年一遇.显然,相当正压结构高压异常的控制以及北移的副热带西风急流等大尺度环流异常与青藏高原此次高温干旱复合事件有着直接联系.而从外强迫的影响来看,全球人为强迫促进了青藏高原夏季的地表增暖和降水变率的增大,为2022年夏季高温干旱复合事件的发生创造了有利的条件.青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件在人类活动和自然因子共同强迫的大样本集合中发生概率约为283年(142~613年)一遇,而在仅有自然强迫的集合试验中发生概率几乎为0.这表明青藏高原2022年夏季高温干旱复合事件的发生概率中可归因于人为强迫的贡献为100%,也就是说如果没有人类活动导致的全球变暖,青藏高原类似于2022年夏季这种前所未见的高温干旱复合事件不可能发生.

动力统计相结合的未来30年东亚气温年代际预测

基于实际气候主要由气候系统自然变率和外强迫影响二者叠加而形成的认识,利用统计和动力相结合的方法对东亚表面气温（EATs）未来30年的演变进行了预测.关于自然变率部分,利用1901-1999年的观测资料,通过计算海温模态与EATs内部变率（EATs_int）的超前-滞后相关,选取几个主要海温模态作为预测因子,建立了EATs_int年代际内部变率的多元线性回归模型.首先对2000-2005年进行了后报检验,发现该模型有较好的预测能力.于是,根据海温模态的准周期性,利用该模型对未来30年进行了预测试验,得到了内部变率的预测结果.关于外强迫影响部分,利用参与政府间气候变化专门委员会第5次评估报告的19个耦合模式的历史试验和21世纪RCP4.5情景的预估结果,通过二阶拟合,得到EATs相对于1970-1999年的趋势变化（即外强迫的影响信号）.将得到的内部变率和趋势进行叠加,形成最后的预测结果（Re_EATs）.该结果显示：在2010-2040年,温度将呈波动性变化,其中在2015-2030年缓慢降温,之后开始上升.将这一结果与第五期耦合模式相互比较计划（CMIP5）的年代际预测进行对比,发现它与多数单个模式得到的预测结果及多模式预测集合平均的结果定性一致,表明利用统计和动力相结合的方法来预测东亚气温具有一定的合理性.