去年,全球气温气温升高0.95摄氏度比20世纪的平均水平。人类活动负责大约100%的变暖。
深入一点深入这些数字表明,地球的陆地面积气温升高1.43摄氏度高于平均水平,而海洋气温升高0.77摄氏度。这是世界各大洲的证据比几十年来海洋升温更快。
陆地和海洋之间的对比温度变化将强有力地塑造未来气候变暖的国际格局和对人类有着重要的影响。毕竟,我们是一个物种,更喜欢生活在陆地上。
这是什么驱使变暖的对比吗?这是一个看似简单的问题,但有一个宾馆的答案。在这篇文章中,我概述一个健壮的、定量的理论为陆地气候变暖的对比,只有近年来开发。
热容
简单的物理学表明,当你把更多的热量到气候系统,土地应该温暖比海洋更迅速。这是因为土地较小”热容“比水,这意味着它需要更少的热量来提高它的温度。
下面的图表显示了地球陆地表面(黄线)变暖更快比海洋观测记录(深蓝色)。
这种效应也可以看到在季节性气候系统的不同部分。例如,随着太阳在北半球赤道以北的春天,它的能量迅速加热印度相对于周围的海洋。必威体育在线注册这种对比在加热中扮演着重要角色逆转推动南亚季风的风。
土地的小热容也有助于解释为什么一些大陆地区,如俄罗斯和美国中部,可以在夏天很热但冬天寒冷刺骨。这就是所谓的“大陆性”。
鉴于其核心作用的季节性陆地气候变暖之下,热容是自然的起点,当试图解释为什么大陆温暖超过海洋在气候变化。但是有一个问题的解释。
变暖的对比
在一个具有里程碑意义的1991年的论文,气象学家Syukuro Manabe和他的同事使用早期的气候模型比较瞬态回应气候系统的逐渐增加的二氧化碳长期平衡响应。
换句话说,他们研究的是气候,而二氧化碳与气候一旦二氧化碳增加停止上升,气候最终稳定在其新,温暖的状态。
如果热容陆地和海洋之间的差异的决定性因素是控制气候变暖的对比,我们期望与消失在海洋平衡一旦有足够的时间热身。
但这不是什么Manabe发现。相反,他发现陆地比海洋变暖(现在被称为“放大系数”)是类似的瞬态和平衡实验。
这是证据表明陆地气候变暖的对比,突出显示的地图投影为本世纪末变暖——是一项基本应对气候变化不是由热容。如果热容无法解释放大土地变化的气候变暖,可以吗?
气候模型预测的变化在近地表温度的21世纪(2080 - 2100)相对于历史时期(1980 - 2000)。来自GFDL-CM4模型下的数据化石燃料、高排放SSP58.5场景;图米恩。
除了热容
第一个解释,最初由Manabe提出,调用表面能量平衡。必威体育在线注册它描述了地球表面之间的能量交换,气氛上面。必威体育在线注册
当大气中的二氧化碳浓度增加,辐射到地球表面的增加导致气温上升。这是因为大量的热量辐射到地球表面是由大气中温室气体被困。
但这CO2-induced表面变暖的程度取决于平衡由局部因素导致冷却——即冷却蒸发和冷却由于交易所造成的地表和空气之间的热干燥。(后者也造成的大气变暖云的形成和抑制,因此,可能会导致进一步的干燥陆地表面的)。
海洋——有无限的水蒸发——可以通过蒸发高效冷却在气候变暖,越来越多的水只有一个小温度升高。大陆,另一方面,通常有有限的可用性和水分蒸发是受限的。
这意味着,在大陆,更多的额外的辐射进入地表气候变暖需要消散在干热的交换和长波辐射冷却,而不是土壤水分蒸发蒸腾损失总量。这意味着更大的增加,海洋表面温度比自由蒸发。
这种“表面能量平衡”理论的陆必威体育在线注册地气候变暖的对比也被提出最近的研究。
这个解释对放大变暖是直观和大陆土地“干燥”暗示了一个关键的角色在决定了温度的变化。但它需要得到数据的支持。
表面能量平衡理论的问题在于,它依赖于地表的属性——这必威体育在线注册是多种多样的,复杂的,出了名的困难来模拟,为了精确地表示气候模型。特别是量化土壤水分蒸发蒸腾损失总量将如何应对气候变化的关键因素——表面能量平衡理论——需要知识的区域土壤水分和植被和这些属性本身如何改变气候。必威体育在线注册一项艰巨的任务。
此外,在整个环境因素也很重要:降雨和大风将如何变化?无数过程影响地表能量平衡意味着使用这个框架为基础的定量理论陆地变暖的对比是具有挑战性的。必威体育在线注册虽然概念上有用的角度来看,它提供了一个完整的理解物理驱动变暖的对比。
一个新的想法
而不是表面能量平衡,必威体育在线注册大气动力学——大气的运动及其热力学状态——支撑的新理解陆地已经发展在过去的十年里变暖的对比。
在2008年的一篇论文,Manoj教授乔希,然后在气象局哈德利中心和雷丁大学现在在东英吉利大学——是第一个指出大气动力过程连接温度和湿度在陆地和海洋地区。
具体来说,他表明,递减率-减少的速率温度随高度减小随着海洋比陆地气候变暖更强烈。这是因为海洋上方的空气,在任何时刻,通常比在陆地上的空气水蒸气。
这些对比递减率变化解释全球变暖的对比:一个较弱的减少土地递减率增加意味着更大的地表温度相对于海洋。
这种机制不一定是直观的,但依赖于完善的大气动力学过程。不同的温度梯度的变化现在接受随着陆地气候变暖的根本驱动之下,特别是在低纬度(大约40 n和40年代)。扩大地区变暖包括地中海也用相同的递减率机制来解释。
一个定量的理论
在他2008年的论文,Joshi引入了一个新概念理解的陆地气候变暖的对比。但是,定性解释。
在一起奥格尔曼教授保罗从麻省理工学院的,我意识到直减率参数可以扩展和发展为定量理论。
关键的观点是尽管在陆地和海洋温度和湿度的变化是非常不同的,发现的大气动力学约束Joshi暗示特定组合的温度和湿度的变化——具体来说,一个包裹中包含的能量静止的空气,被称为数量必威体育在线注册潮湿的静态能量必威体育在线注册——大约相等。这一观点让我们获得土地温度变化的方程,我们出版2018年。
我们的方程表明,陆地温度对气候变化的反应取决于两个因素:海洋变暖以及如何在今天的气候干燥的土地。
干燥的土地,它温暖。这个理论一直验证在气候模型和使用观测数据在过去的40年。这个理论解释了为什么土地变暖预计将在干旱特别严重,干旱的亚热带地区,也解释了为什么在陆地上相对湿度降低近几十年来。
对未来的预测理论的一个重要含义陆地温度(在模型相差很大吗)是至关重要的陆地是如何精确模型在当前的环境下在技术上,但这是棘手的土地表面的复杂性。
不是很有名
这种新理解陆地气候变暖的对比已经得到大气动力学和气候动力学研究社区。
但公平地说,它仍然是不知名的更广泛的气候科学和气候影响社区陆地气候变暖的对比是由干燥而不是热容的差异。biwei6868
这当然不是在公共领域。就理论本身而言,一些研究人员发现它令人惊讶,土地表面的复杂性可以并入一个“干燥”参数。
我也发现它令人惊讶的和鼓舞人心的响应系统作为复杂的大陆性气候问题可以归结为一个简单的方程。我将提倡更多的这种概念在气候科学研究。biwei6868