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为什么说全球气候格局正在变化?

导  读

今年以来,我国北方多地汛情提前、南方则忍受着愈加严酷的高温,这些事件都发生在一个重要的背景之下:全球气候变暖。值得警惕的是,随着全球温升幅度的增加,这些气候异常可能进一步常态化。

撰文 | 余荣(中国气象科学研究院)

责编 | 冯灏

今年,全国整体气候非比寻常:北方天气是雨雨雨,以北京为例,发生多场持续性降水过程,截至2021年9月30日,累计降水量达860.8mm,前三季度的降水量就已经超过了具有地理分界意义的800mm等降水量线(北京多年平均同期累计降水量为554.0mm);而南方天气是热热热,广东、湖南等地的高温数值刷新了历史记录。

我国各地气候状态的异常并不是孤立存在,而是都发生在一个重要的背景之下:全球气候变暖。

 

图1 1850-2020年观测到的全球地表平均温度距平序列(相对于1850-1900年)| 图源[1]

1、气候变暖有哪些证据?

需要首先指出的是,近年来气象观测数据不断丰富、更趋准确:

(1)观测内容覆盖气候系统多圈层。随着观测技术的不断进步,通过地基观测、海洋观测、卫星反演、飞机、雷达和其他高层大气观测等手段,科学家们获取了气候系统多圈层、多要素的观测资料,收集了至少20世纪70年代以来的大气、陆地、海洋等观测数据,形成了包括温度、云、风、冰、雪、洋流、海平面等气候要素的变化序列。

(2)长序列观测数据越来越准确。全球气候观测在1850年以前都比较有限,一直到1850年之后,才开始持续积累并得到不断丰富,为气候变化科学研究奠定了基础。同时,通过对1850年以来的地面温度数据进行非均一性订正和插值处理,科学家们对过去100多年的气候变暖给出了更加确定的估计,2001-2020年全球地表平均温度较1850-1900年增暖0.99°C。

(3)新的观测技术和分析方法使得数据分辨率不断提高。新的卫星遥感观测、再分析资料技术发展和气候模式等提供了大量越来越精细化的数据,比如高分辨率的大气再分析资料MERRA2和ERA5等,为研究全球气候变化提供了新的证据,同时也为揭示区域气候变化的特征奠定了基础。

(4)古气候研究和历史数据信息化使得气候变化认知可以追溯到更古远的时期。IPCC AR6评估了更丰富的树木年轮、冰芯、沉积物、化石和其他古气候的序列,基于上述数据重建了更长且更高分辨率的气候序列(比如:温度和干旱等),为认识千年以上时间尺度的气候变化提供了大量新的证据。同时,还补充了融合和订正后的早期观测系统甚至手工记录的历史数据。 

基于对更为丰富和准确的观测数据的科学评估,IPCC AR6指出,自工业革命以来,整个气候系统经历了广泛和快速变暖,包括:

(1)大气圈:

● 陆地地表平均气温上升

● 极端热事件增加,极端冷事件减少

● 对流层增温

● 陆地区域降水普遍增加

● 近地表层绝对湿度增加

● 大气环流调整(包括中纬度风暴路径向极移动)

(2)海洋:

● 海表温度增加

● 海洋热容量增加

● 海平面上升

● 海洋酸化

● 海洋上层溶解氧降低

(3)冰冻圈:

● 北极海冰面积和厚度减小

● 南极海冰范围减小

● 春季积雪减少

● 格陵兰和南极冰盖退缩

● 多数地区冰川退缩

(4)生物圈:

● 陆地物种向极向高海拔迁移

● 北半球热带外地区生长季延长

● 多种海洋生物的物候发生变化

同时,近年来许多地区气候状态发生明显的变化,多地频繁出现气候异常甚至极端事件,是气候变暖在区域尺度上的一个体现! 

因此,气候系统变暖不仅仅体现在全球地表平均温度的增加,大量的证据表明气候系统的不同圈层多个方面正在发生变化,大气圈、海洋、冰冻圈和生物圈均有显著变化,气候变化已经通过多种方式影响了地球上的每一个区域。

 

图2 气候变化的证据 | 图源[1]

 

2、近50年的气候变暖数千年未见

多重古气候证据表明,在千年尺度上,全球地表平均温度变化一直在变化。来自不同区域的各种代用资料,如海洋和湖泊沉积物、冰川和树木年轮等,表明过去地球曾有过较冷的时期,也有过较暖的时期。虽然随着时间的前移,对定量的温度变化的评估信度会减弱(因为千年尺度以上的气候要素资料一般是基于海洋和湖泊沉积物、冰川和树木年轮等代用资料推算得出的,往前推算的时间越长,所能用到数据的数量和空间覆盖等均会有所减少,因此信度会有所减弱),但IPCC AR6通过大量科学评估,得出结论,近期全球变暖的范围之广、速度之快、幅度之强,数千年未见:

(1)范围广 

在过去的2千年,年代际到百年尺度的气候变化存在空间上的不一致性,通常是一些地区的温度高于全球平均水平,而另一些地区的温度则可能偏低。例如,在公元10世纪到13世纪之间,北大西洋地区比许多其他地区气候变暖得更显著。相比之下,近期的气候变暖出现在全球的任何地区。也就是说,2千年来,近期在全球范围内观测到的气候变暖比其他历史时期表现出更好的空间一致性。

(2)速度快

在过去的200万年里,地球的气候在相对温暖的间冰期和相对较冷的冰期之间波动。末次冰期向间冰期过渡期间,最大变暖速率约为1.5°C/千年。相比之下,自1850-1900年以来,2001-2020年的全球地表平均温度就上升了约0.99°C。基于更加可靠的更高分辨率记录,近50年全球变暖的速度超过了过去的2千年中其他任何一个50年的变暖速度。

(3)逆转了缓慢、长期的变冷趋势,数千年未见

在末次冰期之后,全球地表温度在6.5千年前达到峰值,然后慢慢降低,呈现长期的降温趋势,并伴随着几十年和几个世纪尺度的变暖波动。但从19世纪中期开始,千年尺度的降温趋势被逆转,取而代之的是持续、显著且不断加剧的变暖。

(4)除了温度外,其他千年以上的变化也反映出明显的气候变暖

夏末海冰范围至少是近1千年来最少的;1950年以来冰川退缩至少在近2千年来从未出现过;1900年以来全球海平面上升的速度至少是近3千年来上升最快的;上世纪全球海洋增暖至少是1.1万年以来最快的;近几十年海洋pH值至少是近200万年来最低。

简言之,地球的气候一直在带有周期的变化,但近期,全球变暖的范围和速度不同以往,逆转了6千多年以来缓慢、长期的变冷趋势,转而体现为增暖趋势。结合来自观测和古气候等多重证据,过去50年全球地表平均温度的上升速度在至少2千年以来前所未有。

 

图3 全球地表平均温度的演变 | 图源[1]

目前所经历的变化将随着全球温度幅度的增加而加剧。通过气候模式的预估,随着进一步的温升,北极将是变暖最显著的地区,陆地将比海洋表面变暖更加显著,北半球将比南半球变暖更加显著。在高纬度、热带和大部分季风地区降水将增加,而在副热带地区降水将减少。多年冻土、冰川、季节性积雪、北极海冰将进一步减少,海平面上升、海洋酸化将进一步持续。同时,气候变暖还将引起极端高温、极端降水、强台风占比和一些区域干旱等极端事件进一步加剧,高温干旱等复合型极端事件也将更加频繁。值得注意的是,上述变化还将随着全球温升幅度的增加而加剧,并将带来更大的极端事件风险。

面对日益加剧的人类活动引起的气候变化的影响,一方面,我们需要大力控制温室气体排放,努力实现碳中和,将全球温升限制在一定幅度内,以减缓或阻止气候系统的变化,从根本上降低未来气候变化的影响和风险;另一方面,在21世纪中期以前,全球温度将进一步升高,极端天气气候事件影响将进一步加大,为此需要尽早做好防灾减灾工作,以提高灾害风险管理和适应气候变化的能力。

图4 未来预估的全球和区域气候变化 | 图源[1]

参考文献:

1. IPCC, 2021. The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

2. 中国气象局. 北方雨雨雨,南方热热热|天气展望. 2021年9月27日.

3. WeatherX天气实验室. 河南到底有没有大象?2021年9月10日.



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