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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。这是面对气候变化,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,即使是很小的量。把极端的高温和干旱结合起来,你会必威官网变得更强大,野火蔓延得更快。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,你得到了创纪录的热量,必威官网干旱和野火。

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”相对较强,能量充沛。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.就像一条河流在缓坡上蜿蜒向大海时,往往会出现宽阔的曲流。当温度对比度降低时,射流中向东迁移的摆动(称为罗斯比波)的振幅也会变大。急流中的摆动越大,天气就越极端,其峰值对应于表面的高压,波谷对应于表面的低压。喷射流越慢,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(在北半球周围的一个完整回路中可容纳6至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球性极端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,我们使用最先进的气候模型模拟来研究未来的QRA预测。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的度数网格分辨率运行的。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是由低层大气中喷流风量的平均值决定的。正如我们在上面看到的,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。历史上,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之前。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,与北极放大相反,即北极去放大(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,我们可能会阻止持续的夏季极端天气进一步加剧。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。

热浪是由气候变化必威官网引起的吗?

提交如下: — rasmus @ 9 August 2018

最近我对热浪和气候变化之间的联系有很多疑问。必威官网betway体育手机版尤其是今年夏天影响北欧的热betway体育手机版浪。必威官网如果你住在日本,韩国加利福尼亚,西班牙,或者加拿大,you may have asked the same question.

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