RealClimate标志


关于敏感性:第一部分

气候敏感性是常年话题因此,围绕这个问题的多篇新论文和讨论,每一篇都有不同的观点,值得讨论。由于这可能是一个复杂的话题,我将在这篇文章中重点关注正在发表的可信的工作。会有一个第二部分在接下来的文章中,我将评论一些最近在《华尔街日报》专栏中出现的游戏。

什么是气候敏感性?名义上,气候对CO加倍的回应2(或〜4 w / m2迫使),然而,应该清楚,这是一个时间与作用在从几秒到数千年的整个范围的时间尺度的不同的组件来甚至更长相关联的反馈的功能。下图给出了不同成分的感觉(见Palaeosens (2012)对于一些扩展)。

在实践中,人们常常在谈论敏感度时意味着不同的东西。betway体育手机版For instance, the sensitivity only including the fast feedbacks (e.g. ignoring land ice and vegetation), or the sensitivity of a particular class of climate model (e.g. the ‘Charney sensitivity’), or the sensitivity of the whole system except the carbon cycle (the Earth System Sensitivity), or the transient sensitivity tied to a specific date or period of time (i.e. the Transient Climate Response (TCR) to 1% increasing CO2在70年之后)。如你所料,这些都是不同的,在比较事物之前需要注意定义术语(在Palaeosens论文中对各种定义及其范围进行了很好的讨论)。

这些数字中的每一个都是气候系统的“突发性”属性,即受到许多不同过程和相互作用的影响,而不仅仅是简单地基于对小规模过程的了解得出的。一般认为,这些是系统的明确定义和单值属性(在当前的gcm中,它们显然是),虽然古气候记录(例如冰川旋回)支持这一点,但不能绝对保证。

在文献中,有三种主要的方法用来限制敏感性:第一种方法是关注过去气候不同和准平衡时期,并估计相关强迫和温度响应之间的关系(古约束)。第二种方法是在当今的气候中找到一个度量标准,我们认为它是与敏感性相耦合的,为此我们有一些经验数据(这些可以被称为气候约束)。最后,还有一些限制,这些限制是基于最近的强迫和响应的变化(瞬态限制)。最近几个月,已经有新的论文采用了这些方法。

所有这些方法都是哲学上的等效物。There is a ‘model’ which has a certain sensitivity to 2xCO2 (that is either explicitly set in the formulation or emergent), and observations to which it can be compared (in various experimental setups) and, if the data are relevant, models with different sensitivities can be judged more or less realistic (or explicitly fit to the data). This is true whether the model is a simple 1-D energy balance, an intermediate-complexity model or a fully coupled GCM – but note that there is always a model involved. This formulation highlights a couple of important issues – that the observational data doesn’t need to be direct (and the more complex the model, the wider range of possible constraints there are) and that the relationship between the observations and the sensitivity needs to be demonstrated (rather than simply assumed). The last point is important – while in a 1-D model there might be an easy relationship between the measured metric and climate sensitivity, that relationship might be much more complicated or non-existent in a GCM. This way of looking at things lends itself quite neatly into a Bayesian framework (as we shall see).

古老限制有两篇论文:已经提到的古代(2012年)论文,对古气候的现有估计和不同定义的敏感性定义的等级提供了良好的调查。他们的调查提供了2.2-4.8ºC的快速反馈CS的范围。另一份新论文,采取更明确的贝叶斯方法,来自哈格里夫斯等。提出了一种平均2.3℃,90%的范围的0.5〜4.0℃(有少许变化依赖于方法)。这可以比作从原先估计Köhler等(2010)谁给了一个范围1.4-5.2ºC,具有2.4ºC附近的一个平均值。

这些估计不断被修正的一个原因是,观测分析不断被更新——随着新数据的加入,随着非气候因素的修正,以及模型包含更多的过程。例如,Köhler等人估算的最后一次冰川最大时期的冷却温度为5.8±1.4ºC,但a最近的更新安南和哈格里夫斯在Hargreaves等人的估算中使用的是4.0±0.8ºC,这将在Köhler等人的计算中转化为较低的CS值(大约1.1 - 3.3ºC,最有可能的值接近2.0ºC)。一篇论文去年经过Schmittner等人估计的冷却更小,因此灵敏度更低(水平比较约2ºC),但最新的估计更可信。然而,请注意,这些温度估计在很大程度上依赖于仍未解决的不同代用指标的问题——特别是在热带地区——并且可能随着进一步的信息而再次发生变化。

近期纸张基于气候统治的纸张Fasullo和Trenberth.(看Karen Shell的评论更多细节)。其基本思路是,在整个CMIP3车型有与模型灵敏度中期对流层湿度变化的一个很强的相关性,而与现实世界的变化的观察相结合,这提供了一种方式来表明哪些车型是最现实的,并推而广之什么敏感更容易。本文认为,周围4℃敏感性模型做了最好的,但他们没有给出确定性的范围内的正式评估。

然后有最近的论文检查了瞬态约束。最彻底的是Aldrin等人(2012)。瞬态约束一直看着,当然之前,但努力通过与历史强迫的不确定性已经严重阻碍 - 尤其是气溶胶,但其他方面也很重要(见在这里这是一个较早的讨论)。Aldrin等人给出了一些(明确的贝叶斯)估计,他们的“主要”估计范围是1.2ºC到3.5ºC(平均2.0ºC),假设间接气溶胶效应为零,可能还有更现实的灵敏度测试,包括1.2-4.8ºC的小型气溶胶间接效应(平均2.5ºC)。它们还表明,海洋热吸收估计值和气溶胶强迫具有重要的依赖性。必威官网增加的一件好事是将他们的方法应用到三个CMIP3的GCM结果中,显示他们的估计3.1、3.6和3.3ºC与2.7、3.4和4.1ºC的真实模型敏感性相当接近。

然而,在每一种情况下,都有一些重要的警告。首先,数据的质量很重要:无论是LGM的温度估计,最近的气溶胶强迫趋势,还是对流层中部的湿度-这些数据的不确定性中的低估肯定会使CS的估计产生偏差。第二,有一些重要的概念问题需要解决——(在LGM中)对负强迫的敏感性与对正强迫的敏感性相同吗?(不可能)。在过去的100年里,有效灵敏度和平衡灵敏度是一样的吗?(不)。有效的敏感性是TCR更好的约束条件吗?(可能)。上面提到的一些论文明确地试图解释这些问题(正向模型贝叶斯方法非常适合于此)。然而,由于许多这些估计使用简化的气候模型作为输入(出于明显的原因),仍然存在一个问题,即任何特定的模型的范围是否足够。betway体育手机版

理想情况下,人们希望通过能够运行所有重要实验的模型对所有这些限制进行研究 - LGM,历史时期,增加CO2(以获取TCR)和2xCo2(用于模型ECS)- 以考虑内部可变性,强制不确定性和模型范围,构建繁殖约束估计。来自CMIP5的数据,这将是可能的,因此我们肯定可以在不久的将来期待更多关于这个主题的论文。

与此同时,这些方法中的“荟萃不确定性”仍然顽固地高,对于大约2℃和较高左右4ºC的相对较低的相对较低的支持,这可能仍然是共识范围。但值得增加的是,未来几十年中的温度趋势更可能与TCR相关,而不是平衡敏感性,因此如果一个人对这场辩论的近期影响感兴趣,则对TCR的约束是更重要。

参考文献

  1. 。“制作古气候灵敏度感”,自然,第491卷,第683-691页,2012。http://dx.doi.org/10.1038/nature11574
  2. J.C.哈格里夫斯,J.D.安南,M.吉盛和A. ABE-大内,“灿末次盛冰期约束气候敏感性?”,地球物理研究字母, 2012。http://dx.doi.org/10.1029/2010G1053872.
  3. P.Köhler,R.Bintanja,H.Fischer,F. Joos,R.Knutti,G. Lohmann和V.Masson-Delmotte,其中导致地球在过去80万年期间的温度变化?基于数据的辐射强制证据和气候敏感度的限制“,四季度科学评论, vol. 29, pp. 129-145, 2010。http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2009.09.026
  4. J.D. Annan和J.C. Hargreaves,“最后一次冰川最大时期全球温度变化的新重建”,2012。http://dx.doi.org/10.5194/cpd-8-5029-2012
  5. A. Schmittner, N.M. Urban, J.D. Shakun, N.M. Mahowald, P.U. Clark, P.J. Bartlein, A.C. Mix,和A. roselmele,“最后一次冰川最大时期温度重建的气候敏感性估算”,科学, vol. 334, pp. 1385-1388, 2011。http://dx.doi.org/10.1126/science.1203513.
  6. J.T.Fasullo和K.E.Trenberth,“阴天未来较少:亚热带沉降在气候敏感度的作用”,科学,卷。338,pp。792-794,2012。http://dx.doi.org/10.1126/science.1227465
  7. M. Aldrin,M. Holden,P.Guttorp,R.B. Skeie,G. Myhre和T.K.伯恩森,“贝叶斯估计气候敏感度基于一个简单的气候模型,适用于观察半球温度和全球海洋热含量”,必威官网Environmetrics,第23卷,第253-271页,2012。http://dx.doi.org/10.1002/ENV.2140

104对“关于敏感性:第一部分”的回应

  1. 101
    NIC LEWIS. 说:

    Ray Ladbury#93
    “我同意杰弗里的院长在很多情况下都很有吸引力。然而,它在这种情况下是否有帮助还不清楚,不是吗?我的意思是,在某些情况下,JP是扁平的"

    Jeffreys'的形式取决于观察到的变量与观察误差和其他不确定性的性质的关系,以及确定似然函数的形式。通常,JP仅均匀,其中估计是一个简单的位置参数,测量变量是参数(或其线性函数)加上其分发与参数无关的错误。

    (平衡/有效)气候敏感性(S)是唯一的参数估计,和评估方法直接从观察到的变量(例如,通过回归,福斯特和格雷戈里,2006年,或意味着估计,在格里高利等,2002)的仪器,然后表单的JP S几乎是1 / S ^ 2。这相当于一个几乎一致的先验,而不是1/S,气候反馈参数(lambda),要估计。

    1 / s ^ 2之前是非信息的原因是气候敏感性的估计取决于比较温度的变化与{强制减去地球净辐射平衡(或其代理,海洋热量摄取)}的变化。必威官网在乐器期间,后者的分数不确定性远远大于温度变化测量中的分数不确定性,并且大致正常分布。

    有对像福斯特和格雷戈里,2006年和Gregory等,2002案件之前在使用1 / S ^ 2真的没有有效的论证,而这正是频率论统计方法隐含的使用。例如,福斯特和Gregory,2006,使用线性{迫使减去地球的净辐射平衡}上表面温度,这因为它们表示在现有的λ为拉姆达隐含地使用的均匀的消退。当从这种方法得到的拉姆达的正态分布估计PDF被转换成与S的PDF,使用变量公式的标准变化,即隐式PDF使用1 / S ^ 2之前为S.然而,对于在AR4 WG1呈现报告(图9.20和表3)的IPCC乘以该PDF被S ^ 2,将其转换成统一的功能于事先基础,这是非常丰富。其结果是,在第四次评估报告报告中显示95%的约束S上为14.2℃,远高于4.1ÇBOUND报道,在研究本身。

    当气候敏感性是在涉及比较在不同的参数设置(见第四次评估报告第一工作组的附录9.B)通过强制气候模式模拟值的观察研究估计,在日本很可能是从它会是什么不同的呈S直接从估计相同的基础数据。在数个参数同时估计,则JP将联合之前所有参数和很可能是参数的复杂的非线性函数。

  2. 102
    亚伦富兰克林 说:

    我需要澄清我们现在应该用作甲烷的GWP。

    从2007年弓箭手:
    ...... .. SO另外的甲烷分子具有更大的影响
    在辐射5平衡比CO 2的分子,由约24个(Wuebbles和海霍,2002)的一个因素......betway体育手机版
    ......了解规模的想法,我们注意到甲烷加倍
    从当前浓度的10,来自当前的CO 2中的60ppm浓度相当于60ppm,并且存在10次甲烷将相当于约2的加倍。betway体育手机版将500甘顿C作为甲烷(水合物贮存器的订购10%)释放到大气中的等效辐射冲击至大气二氧化碳的10%增加10.
    ......当前大气中的甲烷库存约为3甘顿C.因此,甲烷1的释放1甘氨酸灾难性地将甲烷浓度提高33%。betway体育手机版10甘顿C将三重大气甲烷。

    (所以一倍大气压的甲烷需要释放3千吨,一倍大气压的甲烷需要释放30千吨?)

    这里也取GWP甲烷为24。我们知道,20年的全球升温潜能值甲烷通常被称为72 (IPCC)或105 (shindel)。

    考虑到以下发现:
    大型甲烷释放导致强烈的气溶胶强迫和减少2011 T.Kurt'en1,2,L.Zhou1,R.Makkonen1,J.Merikanto1,P.R¨ais¨an3,M. Boy1,N。Richards4,A. Rap4,S. Smolander1,A.Sogachev5,A.Guenther6,G.W.Mann4,K。Carslaw4和M.Kulmala1

    - 先前的GWP甲烷数据需要X1.8校正因子......
    我们应该使用130或180的20年GWP甲烷。这是弓箭手2007似乎使用的24或7.5倍的5.4或7.5倍?

    所以上面可能会说,看一个20年代(使用100变成180 GWP)?:

    ... ..To得到尺度的概念,我们注意到,从当今的浓度的[100%增加/ 7.5 = 13%的增加]甲烷将等同于在从现今CO2 60ppm的增加,和[10次/ 7.5 = 1.333times]本甲烷将相当于约CO2的加倍。betway体育手机版甲烷Gton的C [500 / 7.5 = 66.7]甲释放(水合物储层的顺序[10%/ 7.5 = 1.3%])到大气中就必须在大气中的二氧化碳增加10倍的等效的辐射冲击......

  3. 103

    亚伦富兰克林(102)

    我不会迄今为止,要说集体气候科学界已经完全从这个想法上迁移,但我认为GWP是比较各种温室气体的一个相当过时和相当无用的指标。它对计算结果的时间尺度也非常敏感。

    It’s correct that an extra methane molecule is something like 25 times more influential than an extra CO2 molecule, although that ratio is primarily determined by the background atmospheric concentration of either gas, and GWP typically assumes that forcing is linear in emission pulse, which is not valid for very large perturbations. But because there’s not much methane to begin with, it’s not true that 1.33x methane has more impact than a doubling of CO2 (we’ve already increased methane by well over this amount)…a doubling of methane doesn’t even have nearly as much impact as a doubling of CO2.

    关键的一点,然而,是大气中二氧化碳的更长的停留时间... GWP试图以自己的神秘的方式来解决这个问题,但也有对这个问题的思考更好的方法。betway体育手机版看到苏珊·所罗门,雷Pierrehumbert,和其他人最近的一篇文章。

  4. 104
    厘米 说:

    Re:挪威调查结果(#96-100),他们仍在审查中。向下滚动到“更新”:
    http://www.forskningsradet.no/en/newsarticle/global_warming_less_extreme_than_feared/125398344535/p117731575/p117731575/p117731575/p117731575/p117731575/p1177315753918?wt.ac=forside_nyhet.

    点击链接西塞罗只要有需要,你往返 - RealClimate被广泛引用。