近期全球变暖间歇期与赤道太平洋海表温度的联系外文翻译资料

 2022-12-22 17:48:32

英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

近期全球变暖间歇期与赤道太平洋海表温度的联系

Yu Kosaka Shang-Ping Xie

尽管大气温室气体浓度不断增加，但21世纪初期全球年平均温度并未上升，这一事实挑战着盛行的人为活动造成气候变暖的观点。多种机制被提出解释全球变暖间歇期，但是他们的相对重要性没有被量化，阻碍着气候敏感性的观察估计。

在这里我们展示解释近期东赤道太平洋的降温与气候与气候模拟和观测的一致性。我们提出了一个剥离方法的新理论对于全球气温变化，加入了辐射作用、一种气候模式的东赤道太平洋中心海表温度的历史观测。尽管地表温度规定区被限制在全球表面的仅仅8.2%，我们的模型重现了年平均温度非常的好，相关系数达到0.97，包括全球变暖加速期和当前的间歇期。

重要的是，我们的模拟得到了重要的季节性和区域性的间歇期特征，包括加强的沃克环流、北美冬季降温和南美持续性干旱。我们的结果说明当前的间歇期是自然气候变化的一部分，尽管相似的十年期间歇期事件在未来仍可能发生，几十年的变暖趋势会随着温室气体增加继续延续。

在2013年的五月初，在夏威夷的莫纳罗亚的日平均二氧化碳超过400ppm。尽管温室气体已经说明了自工业革命以来造成全球变暖的百年趋势，但全球温度在过去15年来保持平稳。

现有两种关于全球变暖间歇期的学术观点：第一种认为由于平流层水汽、平流层和对流层气溶胶的快速增加导致太阳辐射作用的减弱，在2009年太阳辐射达到最小。另一种观点认为间歇期作为自然变化的一部分，特别受到在赤道太平洋的拉尼娜的作用。

评估这些机制的相对重要性的量化理论是有必要的。加上在全球间歇期的困惑、2010年夏季袭击俄罗斯的热浪的记录、2007和2012年北极海冰达到历史最低。研究这些局地气候变化需要动力学方法。这里我们使用一种先进的气候模型来引入辐射作用和热带太平洋海温。这种模拟的海温与观测非常一致，说明了十年期的热带太平洋的降温造成了当前的间歇期。我们的动力学模型为基础的归因理论对于那些经验性方法有明显的优势，因为它揭示了间歇期季节性和区域性的方面。

使用流体动力学实验室耦合模型2.1版进行了三组实验，历史（HIST）实验强制观察大气成分变化和太阳周期。在太平洋 - 大气层（POGA）实验中，赤道东太平洋的SST异常（地球表面的8.2％）遵循观测到的演化（见方法）。 在POGA-H中，辐射强迫与HIST相同，并且在POGA对照实验（POGA-C）中，它固定在1990的值。 在赤道东太平洋之外，大气和海洋完全耦合并自由演化。

图1比较了观测到的和模拟的全球近地表温度。在HIST中，年平均温度随着辐射强迫的增加而不断上升，与近十年的观测结果有所不同（图1a）。 POGA-H很好地再现观察到的记录。在1970年赤道太平洋海温测量数据更可靠的43年后，POGA-H与观测值的相关系数为0.97，这主要归因于长期趋势（HIST为0.9）。去趋势，POGA-H再现观测值达0.7，而在HIST中则下降到0.26。

POGA-C说明了恒定辐射强迫对全球温度的热带控制，全球平均温度紧随热带太平洋变化（图1b）。全球平均地面气温（SAT）随着赤道东太平洋SAT异常的1 ℃ 变化而变化0.29 ℃。近十年来，与20世纪90年代相比，热带太平洋海温的下降使全球温度降低了约0.15 ℃（图1b），对抗辐射强迫效应并导致间歇期。同样，热带地区的厄尔尼诺式趋势加速了从20世纪70年代到90年代末期。

POGA实验设计已被用于研究年际ENSO的全球遥相关。 在这里，我们提出了POGA的新应用，并展示了其模拟观测到的全球变暖趋势的年代际调节的能力，包括特殊的间歇期。我们的研究结果表明，双参数（辐射强迫和热带太平洋SST）系统在再现观测到的全球平均温度记录方面非常好，优于单独使用辐射强迫的HIST结果。在单独的HIST实现中，间歇期事件在热带太平洋中具有年代际La-Nin~a冷却，但POGA-H能够与观测到的全球温度时间序列进行直接逐年比较 ，而不仅仅是来自无约束耦合运行的统计数据。

我们重点关注2002年至2012年近11年的趋势，以避免1997/98强烈的El Nin〜O活动以及随后的三年La Nin〜a活动。在全球SAT中断期间，POGA-H的净向下辐射和海洋热含量持续增加6。 SAT间断仅限于寒冷季节13（季节指的是以后北半球的季节），11月至4月的年代际降温趋势，而全球气温在夏季继续上升（图1c）。 POGA-H再现了间隙的这个季节性循环，尽管幅度稍微减小。虽然热带太平洋的La-Nin~a式冷却趋势在冬季和夏季相似，但是静态/瞬态涡旋是经向热传输的主要机制14，冬季比夏季。因此，对冬季的热带冷却效应在冬季最为明显（南半球温带气温的季节性变弱）。北半球温带气候的热带影响在夏季较弱，使辐射强迫在近十年间继续变暖趋势。

图1 | 观察和模拟全球温度趋势。 基于观察的年平均时间序列，HIST和POGA-H（a）以及POGA-C（b）。 异常是与1980 - 1999年平均值的偏差，除了HIST，其参考是1980 - 1999年POGA-H的平均值。 恢复区域上的SAT异常在b中绘制，轴在右侧。 火山爆发主要表现在。 c，观测和POGA-H中2002 - 2012年季节性全球气温变化趋势。 阴影表示集合平均值的95％置信区间。 在展示右侧的酒吧显示2002 - 2012年平均值的整体范围。

我们重点关注2002年至2012年近11年的趋势，以避免1997/98强烈的El Nin〜O活动以及随后的三年La Nin〜a活动。在全球SAT中断期间，POGA-H的净向下辐射和海洋热含量持续增加。 SAT间断局限于寒冷季节（季节指的是以后北半球的季节），11月至4月的年代际降温趋势，而全球气温在夏季继续上升（图1c）。 POGA-H再现了间隙期的这个季节性循环，尽管幅度稍微减小。虽然热带太平洋的La-Nin~a式冷却趋势在冬季和夏季相似，但是静态/瞬态涡旋是经向热传输的主要机制14，冬季比夏季。因此，对冬季的热带冷却效应在冬季最为明显（南半球温带气温的季节性变弱）。北半球温带气候的热带影响在夏季较弱，使辐射强迫在近十年间为继续变暖趋势。

这种季节性对比在HIST中也很明显。1970-2040年，在整体 - 平均全球温度显示HIST稳定增加的时期，11年趋势的概率密度函数在冬季和夏季对于热带温度相似，均值约为0.25 ℃。冬季的概率密度函数比北半球的温带温度要宽得多。 11年温度变化低于-0.3℃的可能性为冬季8％，而北半球温带夏季仅为0.7％（两个季节热带地区约为4％）。冬季温带降温的可能性增加了11倍，部分原因是冬季的热带影响比夏季强。

我们研究了与中断相关的区域气候变化。尽管模型显示沃克环流在全球变暖中的流通速度减缓，但太平洋沃克循环在过去十年中愈演愈烈（图2c）。 POGA-H捕获了这种循环变化，这是由于热带太平洋的SST冷却所致（图2d）。与年际ENSO一样，热带太平洋降温激发了12月，1月和2月的全球遥相关（DJF;季节用月份的首字母表示）。 POGA-H中的SST变化与恢复域外的印度，南大西洋和太平洋海洋的观测结果基本一致（图2a，b）。该模型再现了阿留申低压的弱化作为太平洋 - 美国正式模式对热带太平洋降温的响应（图2c，d）。

结果，SAT在北美的变化得到了很好的再现，包括在该大陆西北部的明显降温。该模型未能模拟欧亚大陆的SAT和海平面压力（SLP）变化，表明它们是由于与热带强迫无关的内部变化。

图2 | 2002年至2012年北方冬季的观测和模拟趋势模式.a和b显示近地表温度，c和d显示来自DJF观测（a和c）和POGA-H（b和d）的SLP。 灰色阴影表示缺失值。 点画表明区域的统计置信度超过95％。 b中的紫色框表示POGA实验的恢复区域。

在夏季，模拟和观测到的SST之间的广泛一致性仍然在太平洋上空（图3a，b），但热带对欧亚大陆和北极温带的SAT影响较弱，并且增加的辐射强迫促使热波在北半球大陆发展和北极海冰融化。（由于模型偏差和北极地区的自然变化，该模型没有产生北极海冰的记录收缩。）我们注意到欧亚西部中纬度地区观测到的6月，7月和8月（JJA）变暖比POGA强烈得多。因为那里的热浪（2003年在欧洲中部和2010年在俄罗斯）与长期阻塞事件有关，与热带变异无关。

POGA-H记录了美国南部的降雨减少和变暖，这与德克萨斯州17年历史严重干旱持续干旱有关。美国南部的异常可能是热带强迫的，冬季 - 春季降水不足和地表记忆过程可能很重要。

同样，在20世纪70年代到90年代末加速全球变暖的时代，美国南部似乎是一个变暖的空洞（局部变暖最小或夏季降温），这种空间格局可能与热带海温相关。

我们在这里提出了一种动态方法，用于定量分析全球变暖的年代际调节。通过仅在8.2％的地球表面上观察观测到的SST，POGA-H再现了观测到的全球平均温度时间序列，包括年际到年代际变化。HIST和POGA-H之间的比较表明，热带太平洋的年代际冷却是当前裂缝的原因。此外，POGA-H再现了间断的季节性和关键区域模式。热带地区的La-Nin~a类降温在北方冬季强烈影响温带气候，造成全球降温，阿留申低气压减弱，以及北美西北部地区异常的降温增强。相比之下，在北方夏季，北半球的温带气候在很大程度上不受热带地区的影响，温度会随着辐射强迫的增加而持续上升。目前还不清楚La-Nin~a式十年趋势是内部趋势还是强迫趋势。我们注意到以下几点：（1）热带太平洋具有显着的低频SST变异性，如此之大，以至于观测中尚未出现适度的强迫响应模式（图1b）;所有气候模型都预测了热带太平洋变暖以应对温室气体浓度的增加。

我们的结论是，最近热带太平洋的降温以及当前的间断可能是由于自然的内部变化而不是强制响应。如果是这样，中断是暂时的，当热带太平洋回到温暖状态时，全球变暖将会恢复。由于热带太平洋海温的可预测性有限，未来可能会发生类似的间断事件，并且很难提前几年预测。我们已经证明，此类事件伴随着同时具有特征的区域模式，包括美国南部强化的沃克环流，减弱的阿留申低压和长期干旱。

尽管辐射强迫响应将变得越来越重要，但在任何特定时间，特别是在区域尺度上，与强制响应的偏差都很大。我们需要定量工具 - 如我们的POGA-H-来确定区域气候异常的原因。 目前的中断说明了热带太平洋海温的全球影响，以及气候敏感性对热带海洋变暖空间格局的依赖性，这在观测和模型中本身是不确定的。 这突出了开发受观察约束的预测模式动态的必要性。

图3 | 2002 - 2012年北方夏季的观测和模拟趋势模式。 与图2相同，除了a和b显示近表面温度，c和d显示来自JJA中观察结果（a和c）和POGA-H（b和d）的降水。

方法摘要

我们使用Hadley中心 - 气候研究单位结合土地SAT和SST（HadCRUT）版本4.1.1.0（参考文献23），Hadley中心意味着SLP数据集版本2（HadSLP2，参考文献24）和全球每月降水数据降水气候学项目（GPCP）2.2版（参考文献25）。我们根据地球物理流体动力学实验室耦合模型2.1版（参考文献8）检查了三组耦合模型实验。根据耦合模型比对项目第5阶段（CMIP5，参考文献26），HIST受到1861 - 2005年历史辐射强迫和2006 - 2040年代表性浓度路径4.5（RCP4.5）的推动。在POGA-H和POGA-C实验中，SST通过热带东太平洋深海的牛顿冷却恢复到模型气候学和历史异常。

对于50米深的混合层，恢复时间尺度为10天。图2b和3b显示了恢复SST的区域;在内箱内，海洋表面的热通量被完全覆盖，而在内箱和外箱之间的缓冲区，通量与模型诊断的混合物混合。在POGA-H中，辐射强迫与HIST相同，而在POGA-C中固定为1990值。这三个实验每个由十个成员运行。

参考文献

1.Easterling, D. R. amp; Wehner, M. F. Is the climate warming or cooling? Geophys. Res. Lett. 36, L08706 (2009).

2.Foster, G. amp; Rahmstorf, S. Global temperature evolution 1979–2010. Environ. Res. Lett. 6, 044022 (2011).

3.Solomon, S. et al. Contributions of stratospheric water vapor to decadal changes in the rate of global warming. Science 327, 1219–1223 (2010).

4.Solomon, S. et al. The persistently variable lsquo;lsquo;backgroundrsquo;rsquo; stratospheric aerosol layer and global climate change. Science 333, 866–870 (2011).

5.Kaufmann, R. K., Kauppi, H., Mann, M. L. amp; Stock, J. H. Reconciling anthropogenic climate change with observed temperature 1998–2008. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 11790–11793 (2011).

6.Meehl, G. A., Arblaster, J. M., Fasullo, J. T., Hu, A. amp; Trenberth, K. E. Model-based evidence of deep-ocean heat uptake during

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[20971]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章