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气候变化和极端夏季天气事件——未来仍在我们手中


2018年夏季,发生了前所未有的一系列极端天气事件,从日本的洪水中,北美洲创纪录的热浪,必威官网欧洲和亚洲,威胁到希腊甚至北极部分地区的野火。美国西部必威官网的热和干旱在史上最严重的加州野火中达到顶峰。This is the face of climate change,我当时说.

Some of the connections with climate change here are pretty straightforward.其中之一最简单的关系in all of atmospheric science tells us that the atmosphere holds exponentially more moisture as temperatures increase.增加的水分意味着在短时间内可能会有更多的降雨,即更严重的洪水。同样的热力学关系,具有讽刺意味的是,也解释了为什么随着地面温度的升高,土壤的水分以指数形式蒸发得更多,有利于许多地区的极端干旱。夏季热浪频率和必威官网强度增加,甚至适度(例如由于行为当你移动曲线的中心时,正的“尾巴”的钟形曲线甚至少量。把极端的高温和干旱结合起来,你会必威官网变得更强大,faster-spreading wildfires.这不是火箭科学。

但还有更多的故事。因为使这些事件如此具有破坏性的不仅仅是气象事件的极端性质,而是它们的持续性。当一个低压中心一次在同一地点停下来并逗留几天时,你会得到记录在案的降雨量和空前的洪水。这就是发生的事情飓风哈维去年和佛罗伦萨飓风今年。这也是发生在日本洪水今年夏天早些时候记录夏季降雨量我们在宾夕法尼亚州度过了这个夏天。Conversely,当高压中心停在同一位置时,就像加州发生的那样,欧洲,去年夏天,亚洲甚至进入了欧洲北极,you get record 必威官网heat,干旱和野火。

像詹妮弗·弗朗西斯这样的科学家有联系气候变化导致极端天气事件增多,尤其是在冬季,急流和“极涡”相对强劲而充满活力。北半球急流的存在是由于中纬度(中心在45N左右)暖赤道和冷北极之间的温度差异很大。由于冰的融化和其他加剧极地变暖的因素,北极的变暖速度比地球其他地方快,对比度在下降,jet stream is getting slower.Just like a river traveling over gently sloping territory tends to exhibit wide meanders as it snakes its way toward the ocean,当温度对比度降低时,急流中向东迁移的摆动(称为罗斯比波)的振幅也会变大。The larger the wiggles in the jet stream the more extreme the weather,其峰值对应于表面的高压,波谷对应于表面的低压。The slower the jet stream,这些极端天气在同一地点停留的时间越长,给了我们更多持久的极端天气。

此外,在夏天还会发生其他事情,当极地温度对比度特别弱时。大气可以表现得像一个“波导”,将较短波长的罗斯比波(那些能在北半球周围的一个完整回路中容纳6到8个全波长的波)限制在以中纬度为中心的相对较窄纬度范围内,阻止它们向低纬度和高纬度辐射能量。这使得在这个波长范围内的一般弱扰动通过共振的物理过程而增强,在次大陆尺度上产生非常大的峰谷,即异常极端的区域天气异常。这种现象被称为准共振放大或“qra”,和(见下图)。

近几十年来,许多最具破坏性的极端夏季天气事件都与QRA有关。包括2003年的欧洲热浪,必威官网the 2010 Russian 必威官网heatwave and wildfires and Pakistan floods (see below),以及2011年德克萨斯州/俄克拉荷马州干旱。最近的例子包括2013年欧洲洪水,the 2015 California wildfires,2016年阿尔伯塔省的野火的确,去年夏天我们目睹了前所未有的一系列极端夏季天气事件。

随着时间的推移,这些事件频率的增加被视为与北极放大指数(北极和北半球其他地区变暖的差异)相一致。暗示有联系(见下图)。

去年,我们(我和包括RealClimate同事Stefan Rahmstorf在内的一组合作者)发表了文章自然杂志Scientific Reports 证明这一点同样的放大北极变暖模式(“北极放大”)减缓了急流,实际上也增加了QRA发作的频率。这意味着在夏季,当急流已经处于最脆弱状态时,区域极端天气将持续更长的时间。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影响的“信号”很可能是在过去十年半的时间里从自然变异的“噪音”中产生的。2018夏天,我会说,那个信号不再微妙了。它在我们的电视屏幕和报纸头条上以史无前例的全半球特大洪水的形式实时播放,旱灾,必威官网热浪和野火。

在一个后续文章刚刚发表在美国科学院学报上科学进展,we look at future projections of QRA using state-of-the-art climate model simulations.It is important to note that that one cannot directly analyze QRA behavior in a climate model simulation for technical reasons.大多数气候模型都是以纬度或更高一个度数的网格分辨率运行的。描述罗斯比波qra行为的物理学在气候模型方面面临着严峻的挑战,因为它涉及到喷气流风相对于纬度的二阶数学导数。当从网格字段计算一个数值一阶导数时,误差会急剧增加,而当计算二阶导数时,误差会更大。我们的计算表明,上述关键术语的平均气候模型误差比观测值高出300%以上。相比之下,模型的平均误差在纬向温度平均值上小于1%,在纬向温度导数上仍只有30%左右。betway体育手机版

最后一个数量尤其重要,因为qra事件已被展示在低层大气温度的纬度变化方面有一个明确的特征。通过被称为热风,事实上,喷流风的大小很大程度上取决于低空大气中喷流风数量的平均值。And as we have seen above,这些模型很好地捕捉到了这一数量(很大程度上是因为温度随纬度的变化以及它对日益增加的温室气体浓度的反应取决于人们很好理解的物理现象以及由气候模型很好地表示的物理现象)。

这些发现,顺便说一句,它有更广泛的含义。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可能低估了气候变化的影响。例如,一项基于模型的研究建议今年夏天,气候变化只增加了欧洲极端热浪的可能性一倍。必威官网正如我当时发表了评论,that estimate is likely too low for it doesn't account for the role that we happen to know,在这种情况下,在那个项目中,QRA发挥了作用。同样地,用于预测极端天气行为未来变化的气候模型可能低估了未来气候变化可能对持续性夏季极端天气发生率的影响,就像我们去年夏天看到的那样。

那么,我们的研究对未来有什么看法呢?betway体育手机版我们发现,如果我们继续简单地向大气中添加二氧化碳,QRA事件的发生率可能会以近几十年来的相同速度继续增加。但也有一个问题:未来用于预测未来气候的排放情景还必须考虑除温室气体以外的其他因素。Historically,for example,使用早于清洁空气法案的旧煤炭技术,会产生二氧化硫气体,这些气体会逸出到大气中,在那里与其他大气成分发生反应,形成所谓的气溶胶。

这些气溶胶在美国引起酸雨和其他环境问题。在20世纪70年代的工厂被要求安装“洗涤器”以在二氧化硫离开工厂烟囱之前除去它。这些气溶胶也反射入射的阳光,因此在工业中纬度地区产生了冷却作用。一些国家,像中国一样,仍在从事老年人,更脏的燃煤形式。如果我们像往常一样继续燃烧化石燃料,但是像中国这样的国家为了避免空气污染而向更现代的“清洁”燃煤过渡,在接下来的半个世纪里,我们很可能会看到气溶胶的大量减少。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的“RCP 8.5”方案基本上作出了这样的假设,a "business as usual" future emissions scenario which results in more than a tripling of carbon dioxide concentrations relative to pre-industrial levels (280 parts per million) and roughly 4-5C (7-9F) of planetary warming by the end of the century.

因此,在未来几十年中,预计冷却气溶胶的消失会在夏季中纬度地区产生特别大的暖化(当有最多的阳光照射时,而且,因此,最能反射回太空的阳光)。各IPCC气候模型的平均值,中纬度地区的变暖甚至超过北极地区,换句话说,the opposite of Arctic Amplification i.e.北极去放大(见下图)。在气溶胶消失后的世纪后期,温室效应再次占主导地位,我们再次看到QRA事件的增加。

So,有没有希望避免像2018年夏天那样的未来夏天?大概不会。But in the scenario where we rapidly move away from fossil fuels and stabilize greenhouse gas concentrations below 450 parts per million,让我们有大约50%的机会避免2c/3.6f的行星变暖(所谓的“RCP 2.6”IPCC方案),我们发现QRA事件的频率在当前水平上保持大致不变。

虽然我们将来可能还要面对更多的夏天,比如2018年,我们可能会防止夏季极端天气持续加剧。换言之,the future is still very much in our hands when it comes to dangerous and damaging summer weather extremes.从化石燃料到可再生能源的快速转变只是我们意志力的问题。

Marvel et al (2015) Part III: Response to Nic Lewis

提交如下: -加文,2016年2月9日

这个first post本系列对Marvel等人(2015年)(从今往后,我认为这是一篇重要论文的原因)。这个第二次讨论一些有风险的即时媒体报道。但也有一个“评价”的文件,由尼克刘易斯已出现在不少于三个其他气候博客(你可以猜测哪个)。这是对他更有趣的观点的回应。

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工具书类

  1. K惊奇G.A.施密特R.L.MillerL.S.Nazarenko"Implications for climate sensitivity from the response to individual forcings",Nature Climate Change,卷。6,聚丙烯。366—382015。http://dx.doi.org/10.1038/nclimate2888

Marvel等人(2015)第1部分:气候敏感性的调和估计

提交如下: -加文,2016年1月4日

这篇文章与Marvel等人(2015)的新研究的实质性成果有关。有一个单独的帖子媒体/博客回复.

这个近期论文通过凯特奇迹and others (including me) inNature Climate Change比以往任何模型研究更详细地观察历史时期不同的作用力及其气候响应。The point of the paper was to apply those results to improve calculations of climate sensitivity from the historical record and see if they can be reconciled with other estimates.但也存在一些更广泛的问题——如何处理科学异常,以及如何利用模拟来改进对现实世界的推论。betway体育手机版它也突出了政府间气候变化专门进程的一个特点…

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工具书类

  1. K惊奇G.A.施密特R.L.MillerL.S.Nazarenko"Implications for climate sensitivity from the response to individual forcings",Nature Climate Change,卷。6,聚丙烯。366—382015。http://dx.doi.org/10.1038/nclimate2888

关于林伯格的思考

As previewed上周末,我上周大部分时间都在气候敏感性讲习班由施罗斯林伯格的马克斯普朗克研究所主办。毫无疑问,这是我参加过的更好的研讨会之一——它是集中讨论的,有很多新的信息需要消化(一些对讨论的感觉可以从RangBurg15tweets).我将在下面简要概述我的印象。

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气候敏感性周

你们中的一些人会意识到气候敏感性讲习班本周在德国南部的施罗斯林伯格。要讨论的主题包括如何定义灵敏度(以及灵敏度是否有意义(扰流器,是的)这意味着什么,如何约束它,what the different flavours signify etc.有一个令人印象深刻的与会者名单非常关于一切的不同观点,betway体育手机版所以我期待着非常刺激的讨论。

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偏移年代的神秘:树木年轮和第一个千年的火山记录

提交如下: -集团@2015年2月19日

客人评论强尼麦克尼

火山活动可能对气候产生重要影响。当一个大火山爆发时,它会向平流层注入大量的尘埃和硫化物,它们改变了辐射平衡。虽然悬浮的尘埃可以暂时阻挡阳光,火山作用力的主要作用是硫,which combines with water to form sulphuric acid droplets.这些平流层气溶胶极大地改变了反射率,以及高层大气的吸收剖面图,使平流层升温,必威官网表面冷却;导致半球和全球范围的气候变化。

询问树木年轮和冰芯

每年解决的冰芯和树木年轮为了解过去的火山作用力以及由此产生的气候效应和对人类的影响提供了机会。众所周知,你可以通过计算树的年轮来判断树的年龄,但有趣的是,每个环的大小和生理学提供了环形成时生长条件的信息。通过构造长的树木年轮,使用合适的树种,有可能重建一份精确标注日期的气候条件年度记录。

冰芯可以提供类似的大气化学和同位素组成的年度记录,尤其是火山标志物,如火山酸和火山碎屑层。However,ice cores can suffer from ambiguous layers that introduce errors into the dating of these layers of volcanic acid.为了短路,已经尝试确定冰记录中的历史喷发,如_raefaj_kull(1362)和vesuvius(ad 79)。This can become difficult since the ice chronologies can only be checked by finding and definitively identifying tephra (volcanic glass shards) that can be attributed to these key eruptions;冰中的硫酸盐峰不是火山特有的。

因此,it is fundamentally important to have chronological agreement between historical,年轮和冰芯年表:冰芯记录火山爆发的大小和频率,树木记录了气候变化,历史记录证明人类对这些事件的反应。

但他们不太一致…
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It never rains but it pause

提交如下: -加文,2014年3月4日

有一个真正的洪水of new papers this month related to recent trends in surface temperature.有对CMIP5合奏的分析,新模型运行,analyses of complementary observational data,试图和解,一直到评论如何在媒体和Twitter上涵盖这个话题。We will attempt to bring the highlights together here.作为背景,值得一读我们的以前的discussions,和碎片一起学家西蒙·多纳塔米诺帮助把这里讨论的内容放到上下文中。

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全球温度拼图

提交如下: -Stefan@2013年12月17日

自1998年以来,全球气温上升的速度比以前慢。 Given the many explanations for colder temperatures discussed in the media and scientific literature (La Niña,必威官网海洋的热吸收,北极数据差距,人们可以开玩笑地问,为什么还没有新的冰河时代到来。 This fails to recognize,然而,各种成分都很小,不只是添加剂。 下面是一个小的概述,并试图解释不同的拼图块是如何组合在一起的。

阿尔五星

图1 全球近地表温度(顶部的年值,十年平均值位于底部)在三个标准数据集hadcrut4(黑色)中,NOAA(橙色)和NASA GISS(浅蓝色)。 图表:2013年政府间气候变化专门委员会。更多的

2012年模型观测比较更新

2012年更新时间到了!

As has become a habit (2009二千零一十2011)以下是一些最常讨论的模型/观测比较的简要概述和更新,更新至2012年。我包括表面温度的比较,海冰和海洋热含量对CMIP3和Han必威官网sen等人(1988)模拟的影响。
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On sensitivity: Part I

提交如下: — gavin @ 3 January 2013

气候敏感性是perennial topic在这里,所以关于这个问题的多篇新论文和讨论,每个人都有不同的视角,are worth discussing.因为这可能是一个复杂的话题,在这篇文章中,我将重点介绍正在发表的可信著作。将会有一个第二部分来自凯伦·壳牌,在接下来的一篇文章中,我将对最近在《华尔街日报》的专栏版上和周围的一些游戏发表评论。

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