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气候变化和极端夏季天气事件——未来仍掌握在我们手中


2018年夏季出现了前所未有的极端天气事件,从日本的洪水,到北美、欧洲和亚洲创纪录的热浪,到威胁希腊甚至北极部分地区的野火。必威官网美国西部必威官网的炎热和干旱导致加州发生了有史以来最严重的野火。这是气候变化的表现,我当时评论了

这里的一些与气候变化的联系是相当直接的。其中的一个简单的关系所有的大气科学都告诉我们随着温度的升高大气中的水分呈指数增长。水分的增加意味着在短时间内可能会有更多的降雨,也就是更严重的洪水。具有讽刺意味的是,同样的热力学关系也解释了为什么随着地面温度的升高,土壤蒸发了更多的水分,导致许多地区出现更极端的干旱。夏季热浪增加的必威官网频率和强度,甚至温和(例如,观察到大约2华氏度)的整体升温行为当你移动曲线的中心,哪怕是很小的一点,正的钟形曲线的“尾巴”。极端高温和干旱会导致更大规模、蔓必威官网延速度更快的野火。这不是火箭科学。

但故事还有更多。因为所以使这些事件如此毁灭性不仅仅是气象发作的极端性质,而是他们的持久性。当一个低压中心一次在同一位置的摊位和徘徊时,您会记录降雨积累和前所未有的洪水。这就是发生的事情飓风哈维去年,佛罗伦萨飓风今年。这也是发生在洪水在日本今年夏初记录夏季降雨量我们在宾夕法尼亚度过了这个夏天相反,当一个高压中心在同一位置停止运转时,就像今年夏天在加利福尼亚、欧洲、亚洲甚至欧洲北极地区发生的那样,你会得到创纪录的高温、干旱和野火。必威官网

詹妮弗弗朗西斯等科学家有联系气候变化到极端天气事件的增加,特别是在冬季在喷射流和“极性漩涡”相对强大和精力充沛时。北半球喷射流归功于其在温度赤道和冷北极之间的中间纬度(围绕45n)的温度下的陡峭对比度。由于北极更加升温,由于冰的熔化和放大极性变暖的其他因素,因此冰块的其余部分变暖,因此对比度降低了急流的速度越来越慢.就像一条在轻微的倾斜领域旅行的河流往往会表现出广泛的敏感,因为它朝着海洋嗤之以鼻,所以在喷射物流中的东部迁移摇摆也是如此,在喷射流中(称为rossby波)倾向于在温度时幅度变大对比度降低。喷射流中的摇摆越大,天气越偏差,峰值对应于表面的高压和表面的槽低压。喷射流较慢,这些极端在同一位置徘徊的极端时间越长,让我们更加坚持极端。

在夏季还会发生一些其他的事情,那时向极地的温度对比特别弱。大气中可以表现得像一个“波导”,捕获波长越短罗斯比波(那些能够适合6到8全波长在北半球的一个完整的电路),一个相对狭窄的纬度范围集中在中纬度地区,阻止他们辐射能量低,高纬度地区。这使得这个波长范围内的一般弱扰动通过共振的物理过程加强,在次大陆尺度上产生非常大的波峰和波谷,即异常极端的区域天气异常。这种现象被称为准谐振放大或“QRA”(见下图)。

近几十年来,许多最具破坏性的夏季极端天气事件都与QRA有关,包括2003年欧洲热浪、2010年俄罗斯热浪、野火和巴基斯坦洪水(见下文),以及2011年德克萨斯州/俄克拉何马州干旱。必威官网最近的例子包括2013年欧洲的洪水、2015年加利福尼亚的野火、2016年阿尔伯塔的野火,以及我们在过去这个夏天目睹的前所未有的一系列极端天气事件。

随着时间的推移,这些事件发生频率的增加被认为与北极放大指数(北极和北半球其他地区变暖的差异)相一致,暗示了两者之间的联系(见下图)。

去年,我们(我和包括RealClimate同事Stefan Rahmstorf在内的一个合作团队)发表了一篇论文一篇文章在里面自然杂志科学报告证明在沿着射流流减慢的扩增北极变暖(“北极放大”)的相同模式确实也增加了QRA发作的频率。这意味着当喷射流已经最弱时,夏季持续更长的区域天气极端。基于对气候观测和历史气候模拟的分析,我们得出的结论是,人类对QRA的“信号”可能会出现在过去十年中的自然变异性的“噪音”。2018年夏天,我会争辩,那个信号不再微妙。它在我们的电视屏幕和报纸头条上实时出发了一个前所未有的半球的极端洪水,干旱,热浪和野火的形式。必威官网

在一个后续文章中刚刚发表在美国科学促进会杂志上科学推进,我们使用最先进的气候模型模拟来研究QRA的未来预测。值得注意的是,由于技术原因,人们不能在气候模型模拟中直接分析QRA行为。大多数气候模型都是在纬度几度或更高的网格分辨率下运行的。当涉及到气候模型时,表征Rossby波QRA行为的物理学面临着严峻的挑战,因为它涉及到急流风对纬度的二次数学导数。当您从网格场计算数值一阶导数时,误差急剧增加,当您计算二阶导数时更是如此。我们的计算表明,上述关键术语遭受的平均气候模式的误差超过300%相对于观测。相比之下,模型对纬向温度平均值的平均误差小于1%,对纬向温度导数的平均误差仅为30%左右。betway体育手机版

最后的数量是特别相关的,因为QRA事件已经被证明在较低气氛中的温度温度变化方面具有明确定义的签名。通过既有良好的气象关系,称为热风然而,喷射流风的大小实际上主要由下层大气层上的该量的平均值决定。正如我们在上面所见,这个数量被模型拍摄(大部分,因为纬度的温度变化以及它如何应对增加的温室气体浓度取决于气候模型很好地所代表的物理学)。

顺便说一句,这些发现有更广泛的含义。首先,用于评估当前极端天气事件可归因于气候变化的程度的基于气候模型的研究很可能低估了气候变化的影响。例如一个基于模型的研究建议气候变化只会使今年夏天欧洲出现极端热浪的可能性增加一倍。必威官网就像我当时评论在美国,这个估计可能太低了,因为它没有考虑到我们碰巧知道的QRA在那次事件中发挥的作用。类似地,用于预测未来极端天气行为变化的气候模型可能低估了未来气候变化可能对持续的夏季极端天气发生的影响,就像我们在去年夏天所目睹的那样。

那么我们的研究必须对未来说什么?betway体育手机版我们发现,如果我们继续简单地将二氧化碳添加到大气中,QRA事件的发生率可能会以近几十年的速度继续增加。但是有一个捕获量:用于制造未来气候预测的未来排放情景也必须考虑到温室气体以外的因素。例如,历史上,例如,使用旧煤技术,这些煤炭技术预测清洁空气作用产生的二氧化硫气体,其逸出到大气中,在大气中与其他大气成分反应形成所谓的气溶胶。

20世纪70年代,美国工厂被要求安装“洗涤器”,在二氧化硫离开工厂烟囱之前,这些悬浮微粒导致了酸雨和其他环境问题。这些悬浮微粒也会反射射入的阳光,因此对产生悬浮微粒的中纬度工业地区的地表产生冷却效应。一些国家,比如中国,仍在从事老式的、更脏的燃煤。如果我们继续像往常一样燃烧化石燃料,但像中国这样的国家转向更现代的“更清洁的”煤炭燃烧以避免空气污染问题,我们很可能在未来半个世纪看到气溶胶的大幅下降。政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其“RCP 8.5”情景中做出了这样的假设——基本上,这是一种“一切照旧”的未来排放情景,其结果是到本世纪末,二氧化碳浓度将比工业化前水平(百万分之280)增加两倍以上,全球变暖幅度将达到4-5C(7-9华氏度)。

因此,预计在未来几十年里,冷却的气溶胶将消失,这将在夏季造成中纬度地区特别大量的升温(此时开始有最多的阳光射入,因此,也有最多的阳光反射回太空)。在IPCC的各种气候模型中,平均来看,中纬度地区的变暖程度甚至高于北极地区——换句话说,与“北极放大效应”(即“北极去放大效应”)相反(见下图)。本世纪后期,在气溶胶消失后,温室效应再次占主导地位,我们再次看到QRA事件的增加。

那么,是否有希望避免将来夏天像2018年夏天?可能不会。但在情景中,我们在迅速远离化石燃料并稳定温室气体浓度低于450百份以下,给我们大约50%的机会避免2C / 3.6F行星变暖(所谓的“RCP 2.6”IPCC场景)我们发现QRA事件的频率在当前水平仍然恒定。

虽然我们将来可能会遭到争夺2018年的更多夏天,但我们可能会阻止持续夏季天气的进一步增加。换句话说,当危险和损坏的夏天天气极端时,我们的手在我们手中仍然非常多。这只是我们的意志力从化石燃料转变为可再生能源的问题。

水银,另一种地质上持久的行星毒药

提交:- david @ 2018年10月29日

关于化石燃料燃烧导致的全球变暖,真正让我感兴趣的是betway体育手机版它会持续多久.从地球深处开采并注入大气、海洋和陆地表面的“快速碳循环”的碳将继续影响大气CO2浓度和气候,数十万年进入未来,除非我们清理大气我们自己。

事实证明,人类排放的汞元素(Hg)将在未来数千年里提高环境中的汞浓度,以及高营养水平的海产品中的汞浓度。这与碳循环有很多相似之处。但是,与碳循环不同的是,汞循环是不可能被清除的。
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破解气候变化问题

我本周在纽约时报有一个Op-ed:

科学家如何破解气候变化案例
地球上最大的犯罪现场就是地球。我们知道地球正在变暖,但是谁或什么原因造成的呢?
伊米莉亚Miękisz

许多人都将认识到以前的迂回件中的隐喻(这是最早的一个我记得是2007年的),事实上,暂定名是“CSI:行星地球”。关于近期气候趋势的归因的过程描述和结论来自多个来源(这里这里等),以及地表温度趋势的数据可视化彭博新闻

在推特上有很多关于这个的评论——大多数是赞赏的,一些是期待的betway体育手机版,还有一些是有趣的。预期中的批评来自那些似乎根本没有读过这篇文章的人(“气候以前已经改变了!”——一个没有人质疑的主张),以及大量毫无意义的论断。在更有趣的评论中,Ted Nordhaus提出了一个问题

我的回答是,他可能过时了(这里也许很多读者),但是我一直惊讶的人数——即使是那些关心气候——谁都不知道我们如何做归因和固体IPCC语句背后的科学。betway体育手机版从许多评论来看,这些文章肯定不是只有已经信服的人才读的。但是,问有多少人被这样的文章说服是一个有效的问题,我真的不知道答案。有人知道吗?

没有边界的气候:将气候变化为新的视角

提交:- rasmus @ 2018年10月14日

迈克菲纳塔的旅客帖子

目标“气候无国界“(CWB)是从世界各地联合电视天气演示者,并为更广泛的公众带来科学知识。反过来,这会产生气候意识,并为所需的紧急气候行动创造支持。虽然这个名字表明与没有边界的医生有一种联系,但没有边界的气候成员将无法前往即将被淹没的岛屿国家,如图瓦卢,或者在难民努力中划分的地区和身体上志愿服务。betway体育手机版而是,没有边境的气候是世界各地的电视天卫生网络,他们旨在沟通科学,气候变化的影响,并向当地观看人口发出警告。这使得组织在世界上独一无二。电视天务局是信任的信息来源,他们知道观众的文化的细微差别,使信息更加理解。利用这种关系是共享气候信息的有效方式,人们会倾听和理解。

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工业化前人为排放的二氧化碳:多大?

提交:- mike @ 2018年10月11日

借记者威廉·鲁登曼

在Ruddiman(2003)发表的15年后,早期的人为假设仍然存在争议,许多学科的相关证据不断出现。这里总结的最新发现支持了早期农业(1850年之前)的温室气体排放大到足以改变大气成分和全球气候的说法。

海洋同位素阶段(MIS)19是最接近目前MIS 1中间的轨道性模拟(Tzedakis等,2012),在SIN和倾斜中具有类似的进程(εinΩ)变化和几乎同步的峰值(图1A,B)。MIS 11曾经声称是最接近的MIS 1模拟(例如,Brocker和Stocker,2006),但现在拒绝了声称,因为MIS 11中的倾斜和预测峰值远远偏离。


图1 MIS19、MIS11、MIS1和MIS1的(a)倾角和(b)进动(εsinω)趋势对比图基于Tzedakis等人(2012)。(c) MIS19(黑色)和MIS1(红色)期间的CO2趋势。MIS 19的CO2数据来自Dome C (Bereiter等人,2015年)。MIS1的CO2数据来自Law Dome (MacFarling Meure et al. 2006)和Dome C (Monnin et al. 2001, 2004)。

随着MIS 11的模拟被淘汰,重点将放在MIS 19上。MIS 1和MIS 19早期的CO2信号(图1c)达到了几乎相同的峰值,分别为270 ppm和269 ppm,在此之后,MIS 1的值下降了4000年,但随后上升了20 ppm,达到了前工业化晚期的280-285 ppm。相比之下,MIS 19的二氧化碳浓度下降趋势持续了一万多年,达到了245- 250ppm,相当于现在的水平。这一数值与早期人类活动假说提出的全新世自然世界240- 245ppm的水平一致(没有人类的叠印)。两次间冰期的35 ppm差异与Ruddiman(2003)推断的40 ppm全新世异常接近。

GCM模拟MIS 19时间相当于今天的Vavrus et al。(2018)表明,低二氧化碳值会导致全年积雪(初期冰川作用的象征)在加拿大群岛和巴芬岛(格陵兰岛的大小面积),以及其他北极地区(参见Ganopolski et al ., 2014)。

Ruddiman(2003)根据不完整的森林清除历史的背面汇编,估计300-320 GT的预工业碳排放量,然后可用(表1)。[1个GT是十亿吨]。估计的估计是一段时间,拒绝过高为5到10(Joos等,2004; Pongratz等,2008; Stocker等,2011.然而,Kaplan等人。(2011)发现这些估计均已向下偏见,因为它们的人均清理比实际历史数据所显示的大量较小。这些估计也忽略了已清除的地区,并未处于积极的农业,但尚未重新造林。调整对于这些因素,Kaplan及其同事估计了343 GTC的工业预工业排放量。

Erb等人。(2017年)平均7估计目前储存在地球潜在的天然植物中的碳金额没有人类活动(910 GTC),而与今天实际储存的460个GTC碳相比。它们归因于人类(大多数砍伐森林)的450 GTC对累积植被移除的差异。在工业时代发生〜140 GTC的间隙,估计310GTC留下了总工工程期间的总除去并排放到大气中。在类似的分析中,Lorenz和Lal(2018)估计了“高达”357 GTC的预工业碳排放。

其他学科的研究已经开始为早期清关的直接地面真实的证据开始。betway体育手机版分析数百名欧洲湖核心的花粉(FYFE等,2014年; Roberts等,2018)表明,6000年前,森林植被在工业时代开始前达到了近代水平(图。2)。在中国,李等人的汇编超过50,000个考古地点。(2009)和Hosner等人。(2016)显示在7000年前从5000年开始的先前森林区域的农业定居点的主要增加。这些广泛的编译支持上述估计大量早期人为清除和C排放。


图2.欧洲早期森林清关的证据。(a)欧洲花粉数据库中核心的位置。B中用于花粉概要的核心以红色显示(FYFE等,2015)。(b)森林,开放,半开(混合森林和开放)植被的变化绘制为“伪杂志”的总和。

由于这种广泛的多学科证据已经出现,一些科学家继续拒绝早期的人为假设。大多数反对派基于在夹在冰核中的气泡中含有的CO2中测量的地球化学指数(Δ13CO2)。Δ13Co2指数显示通过来自海洋的土地和13℃ - 中性碳的12C富含陆碳的量之间的相对平衡。在过去7000年期间,大气二氧化碳的小13c减少已被解释为表明在此期间12C丰富的陆地碳的最小输入(Broecker和Stocker,2006; Elsig等,2009)。2018年7月20日,2018年7月20日,杰夫·塞森霍斯估计对观察到的二氧化碳的早期人类贡献为“1至2 ppm”,或最近估计的5-10%的估计数。

其他科学家(Stocker et al., 2018;Ruddiman等人(2016)指出,除非所有重要的碳源和碳汇都得到很好的限制,否则δ13CO2指数不能用于隔离毁林碳量。Yu(2011)编纂的近7000年北方泥炭中埋藏了约300 Gt的富含12c的陆相碳,表明这一约束在以往的研究中并不满足。在过去的7000年里,在北方泥炭中埋藏~300 GtC需要排放超过300 GtC的陆地碳作为平衡,上面的讨论总结了工业前森林砍伐可以填补这一缺口的证据。然而,即使是现在,在过去7000年里,在非泥炭永久冻土层、河流漫滩和三角洲地区的碳交换(无论是碳源还是碳汇)仍然鲜为人知。

努力下降辩论的科学家现在可以重视大量的多学科证据,以获得大量早期森林清关,依赖于对betway体育手机版Δ13Co2指数的依赖。

参考文献

Bereiter, B., S. Eggleston, J. Schmitt, C. Nehrbass-Ahles, T. F. Stocker, et al. (2015), EPICA Dome C CO2记录的修正,地球物理学。卷。那42, 542–549.

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K.-H Erb。那T. Kastner, C. Plutzar, C., A. L. S Bais, N. Carvalhai., et al. (2018), Unexpectedly large impact of forest management on global vegetation biomass. Nature 553, 73-76.

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Joos F,Gerber S,Prentice Ic,等。(2004年)超越大气二氧化碳和陆地碳的瞬态模拟自上次冰川最大值。全球生物地球化学循环18. DOI:10.1029 / 2003GB002156。

Kaplan J.O,K.M.Krumhardt,E.C.C.Flis,W.F.Ruddiman,C. Lemmen等人。Goldewijk(2011),全新世碳排放导致人为陆地覆盖变化。全新世21,775-792。

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MacFarling Meure,C.,D. Etheridge,C.Tudinger,P. Steele,R.Langenfelds等。(2006年),法律圆顶CO2,CH4和N2O冰核记录延长至2000年的BP。地球症。卷。那33, L14810, doi:10.1029/2006GL026152.

Monnin E.,A.Indermühle,A.Dällenbach,J.Flückinger,B. Stauffer等人。(2001),大气的CO-2浓度在最后的冰川终端上。科学,291,112-114。

Pongratz,J.,C.Reick,T.Raddatz,以及M. A.Claussen(2008),重建全球农业领域和最后一千年的土地覆盖。全球地球化学循环22,GB3018M DOI:10.1029 / 2008GLO36394。

Roberts N,R. M. Fyfe,J. Woodbridge等。(2018),欧洲的森林:过去11,000年的花粉合成。自然科学报告。DOI:10.1038 / s41598-017-18646-7
Ruddiman, W. F.(2003),人类温室时代始于数千年前。气候变化61,261-293。

Ruddiman, W. F., D. Q. Fuller, J. E Kutzbach, P. C. Tzedakis, J. O. Kaplan等人(2016),全新世晚期气候:自然还是人为?地球物理学Rev. 54, 93-118。

施特拉斯曼和F. Joos(2011),全新世大气CO2敏感性和现代碳预算对早期人类土地利用的敏感性:基于过程基础模型的分析。Biogeosciences 8, 69 - 88。

Stocker, B.D., Z. Yu,和F. Joos(2018),限制全新世土地使用历史的二氧化碳排放:碳预算加起来了吗?6 - 7页26日。

Tzedakis,P.C.,J.E.T.Consell,D.A.Hodell,H.F.F.C.C.C.Enlleiven和L.K.K.Skupner(2012),确定当前的中间爆发的长度。自然地质科学5,138-141。

Vavrus, S. J., F. He, J. E. Kutzbach, W. F. Ruddiman, P. C. Tzedakis(2018),海洋同位素第19阶段的冰期起始:一个轨道模拟
自然全新世。自然科学报告81,DOI:10.1038 / S41598-018-28419-5。

IPCC关于1.5ºC的特别报告

提交:——gavin @ 2018年10月7日

应对气候变化更像是一场马拉松,而不是短跑。

IPCC 1.5ºC特别报告(# SR15)已发布:

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非强制变化:2018年10月

提交:-组@ 2018年10月1日

本月关于气候科学主题的公开帖子。这个月的主要主题可能是IPCC关于1.5ºC的特别报告.最终报告将于本周晚些时候发布,届时我们会给出一个简短的总结。推特上要关注的是# SR15