科学家们一直在使用气候模型预测未来全球变暖的日益复杂的过去四十年。
这些模型,由大气物理学和生物地球化学,扮演着重要的角色在我们的理解地球的气候,以及它如何在未来可能会改变。
必威手机官网碳短暂收集了著名的气候模型预测项目自1973年以来看看他们过去和未来全球温度,见下面的动画。(单击播放按钮开始。)
虽然有些模型预测气候变暖比我们有经验,一些预测,1970年和2016年之间的所有显示表面温度增加,不远从实际发生,特别是当考虑假定未来排放的差异。
过去的气候模型的表现如何?
虽然气候模型预测过去的受益于知识的大气温室气体浓度,火山爆发等辐射营力影响地球的气候,铸造未来更加不确定,这是可以理解的。气候模型既可以评估在他们追算过去温度和预测未来的能力。
追-测试模型对过去的温度是有用的,因为他们可以控制辐射营力。有用,因为模型不能预测隐式地调类似的观察。气候模型不符合历史的温度,但是建模者有一些知识的观察通知他们的选择的模型参数化,比如云物理学和气溶胶的影响。
在下面的例子中,气候模型预测在1973年和2013年发表的与观测到的温度五个不同的组织。中使用的模型预测不同复杂性,从简单的必威体育在线注册能量平衡模型以双数地球系统模型。
(注意,这些模型/观察比较使用基线期1970 - 1990使观测和模型在早期的分析,这表明温度随时间进化更清楚)。
索耶,1973
第一个预测未来的气候变暖约翰·索耶1973年在英国气象局。在一个论文发表在《自然1973年,他提出,世界将温暖0.6 c从1969年到2000年,大气中的二氧化碳将增加25%。索耶说,气候敏感性——多少长期变暖将出现每一倍的大气二氧化碳水平- 2.4摄氏度,这不是太遥远最佳估计使用的3 c政府间气候变化专门委员会(IPCC)。
与其他预测研究在这篇文章中,索耶没有提供估计为每年变暖,只是一个2000年预期值。他的变暖估计的0.6摄氏度是近点——在此期间观察到的变暖是0.51度和0.56度之间。他高估了2000年的大气中的二氧化碳浓度,然而,假设他们将375 - 400 ppm,而实际的370 ppm的价值。
布勒克1975
第一个可用的预测未来的温度由于全球变暖的出现篇文章中biwei68681975年哥伦比亚大学科学家发表的教授的华利布勒克。布勒克用简单的能量平衡必威体育在线注册模型估计地球的温度会发生什么,如果大气中的二氧化碳在1975年后继续迅速增加。布勒克的预期变暖相当接近观察几十年,但最近已经相当高。
这主要是由于布勒克高估后二氧化碳排放和大气浓度会增加他的文章发表。他相当精确到2000年,预计373 ppm的二氧化碳,而实际莫纳罗亚山观测的370 ppm。然而在2016年,他估计,二氧化碳是424 ppm,而只有404点已被观察到。
布勒克也没有考虑其他温室气体模型。然而,随着气候变暖的影响甲烷,一氧化二氮和卤烃一直在很大程度上抵消由整体冷却气溶胶的影响自1970年以来,这并不是有很大的不同(尽管气溶胶营力的估计有很大的不确定性)。
索耶,布勒克用一个平衡气候敏感性的每两倍的二氧化碳2.4 c。布勒克认为地球瞬间升温与大气中的二氧化碳,而现代模型占大气和海洋的速度之间的滞后热身。(慢海洋吸收的热量通常被称为“热惰性“气候系统。)
你可以看到他的投影(黑线)相比,观察温度上升(彩色线)在下面的图表。
布勒克把他的投影时,科学家普遍认为,观察表现出适度的冷却地球的。预见他开始他的文章,指出“一个强大的可以,现在的降温趋势将在十年左右的时间里,给被二氧化碳导致的显著性变暖所替代”。
1981年汉森et al
美国宇航局的詹姆斯·汉森博士和他的同事们发表了一篇论文1981年,还利用一个简单的能量平衡模型项目未来的气候变暖,但由必威体育在线注册于海洋热吸收占热惯性。他们认为2.8摄氏度的气候敏感性/二氧化碳加倍,而且看着一系列每翻1.4 -5.6摄氏度。
汉森和他的同事们提出了许多不同的场景,不同的未来的排放和气候敏感性。在上面的图表中,您可以看到“快速增长”的场景(厚黑线),1981年以后每年二氧化碳排放量增加4%,和增长缓慢的情况下,每年排放增加2%(薄灰线)。快速增长的场景有点高估了当前排放,但当结合略低气候敏感性它提供了一个估计- 2000年代初变暖接近观测值。
整体升温的速度从1970年到2016年,预计1981年由汉森等快速增长的场景已经低于20%左右观察。
1988年汉森et al
的发表的论文汉森和他的同事在1988年代表的第一个现代气候模型。它将世界分成离散网格细胞8摄氏度10度经度,纬度与九个大气的垂直层。它包括气溶胶、各种温室气体除了二氧化碳,和基本的云动力学。
汉森等提出了三种不同的场景与不同的未来温室气体排放。情形B下图所示厚黑线,而场景a和C由薄灰线所示。场景在排放指数增长,二氧化碳和其他温室气体浓度大大高于今天。
情形B认为二氧化碳排放逐渐放缓,但浓度401年的2016 ppm这是相当接近404 ppm的观察。然而,情形B认为各种卤化碳排放的持续增长是强大的温室气体,但随后被限制下蒙特利尔议定书1987股。情形C 2000年后排放将接近于零。
三,情形B是最接近实际的辐射强迫,但仍然约10%太高了。汉森等也使用一个模型的气候敏感性每加倍二氧化碳4.2摄氏度——大多数现代高端的气候模型。由于这些因素的结合,情形B预计1970年和2016年之间的速度变暖高出大约30%被观察到。
IPCC评估报告,1990
政府间气候变化专门委员会的第一次评估报告(远)在1990年海洋特色相对简单的能量平衡/上升流扩散模型来估计全球气温的变化。必威体育在线注册以常态(BAU)场景假设大气中的二氧化碳快速增长,2016年达到418 ppm的二氧化碳,而在观察404 ppm。远也认为大气卤烃浓度持续增长的速度远远超过实际发生。
最好给一个预计的气候敏感性作为两倍的二氧化碳2.5摄氏度升温,幅度为1.5到-4.5摄氏度。这些估计应用于鲍起静场景在下面的图中,与厚黑线代表最佳估计和薄冲黑色线条代表气候敏感性高,低端的范围。
尽管气候敏感性的最佳估计略低于今天使用的3 c,升温的速度远远高估了1970年至2016年约17%的场景,展示1 c变暖在此期间vs 0.85摄氏度。这主要是由于大气中的二氧化碳浓度远高于的投影实际上已经发生。
联合国政府间气候变化专门委员会第二次评估报告,1995年
政府间气候变化专门委员会的第二次评估报告(SAR)只有随时可用的预测从1990年开始出版。他们使用了2.5摄氏度的气候敏感性,幅度为1.5到-4.5摄氏度。中档排放场景中,“IS92a”,计划在2016年二氧化碳水平的405 ppm,几乎相同的浓度。特别行政区还包括人为气溶胶的更好的治疗,对气候冷却效果。
正如你所看到的在上面的图表中,SAR的预测最终明显低于观察,气候变暖更慢28%左右在此期间从1990年到2016年。这可能是由于两个因素:气候敏感性低于发现在现代估计(2.5 c和3 c)和一个高估的辐射强迫的二氧化碳(4.37瓦特每平方米和3.7用于随后的IPCC报告和今天仍然使用)。
2001年联合国政府间气候变化专门委员会的第三份评估报告
政府间气候变化专门委员会第三次评估报告(沥青)依赖于大气环流模式(GCMs)硕士从七个不同建模组。他们还引入了一套新的社会经济排放情况,调用老未来,包括四个不同的排放轨迹。
在这里,简要必威手机官网探讨了碳A2情景,虽然都有相当类似的排放和气候变暖轨迹2020。A2情景预测2016年大气中二氧化碳浓度406 ppm,观测到的几乎一样。sr场景从2000年开始,模型估计在2000年之前使用历史营力。灰色虚线在上图中显示的点模型过渡使用观察预计未来的排放和浓度。
焦油的头条投影使用了一个简单的气候模型匹配的平均输出配置七更复杂的模型,如没有具体multimodel平均发表在焦油和数据对个人模型运行并不容易。它有一个2.8摄氏度的气候敏感性/二氧化碳加倍,幅度为1.5到-4.5摄氏度。如上图所示,全球变暖的速度在1970年和2016年之间在焦油约14%低于实际上已经被观察到。
联合国政府间气候变化专门委员会第四次评估报告,2007年
政府间气候变化专门委员会的第四次评估报告(AR4)特色模型显著提高大气动力学和模型分辨率。这让更多地使用地球系统模型——吸收碳的生物地球化学循环以及提高地表和冰过程的模拟。
AR4使用相同的sr场景焦油,与历史排放和大气浓度2000年和预测。模型中使用AR4意味着气候敏感性的3.26摄氏度,与一系列2.1至4.4摄氏度。
上图显示了模型运行aib场景(这是唯一的场景模型运行容易获得,尽管2016年的二氧化碳浓度几乎相同的A2的场景)。AR4预测1970年和2016年显示变暖之间非常接近观察,仅高出8%。
2013年联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告
最近的IPCC报告的第五次评估(AR5)——出现额外的气候模型,细化以及适度减少未来比AR4模型不确定性。气候模型在最近的IPCC报告的一部分耦合模型相互比较项目5(CMIP5),世界各地的几十种不同的建模组跑气候模型使用相同的输入集和场景。
AR5引入一套新的未来温室气体浓度的场景,被称为代表浓度通路(rcp)。这些未来的预测从2006年开始,2006年之前与历史数据。上图中的灰色虚线显示,模型过渡使用观察营力预测未来营力。
比较这些模型与观测可以有些棘手的锻炼。从气候模型最常用的字段是全球表面空气温度。然而,观察温度来自表面空气温度在海洋陆地和海洋表面温度。
以解决这个问题,最近,研究人员建立了混合模型领域,包括在海洋和海洋表面温度表面气温对土地,为了匹配实际测量的观测。这些混合的字段,上图中虚线所示,显示全球变暖略低于表面空气温度,作为模型对海洋变暖的速度比空气近年来海洋表面温度。
全球地表的空气温度CMIP5模型加热速度比观察自1970年以来约16%。大约40%的这种差异是由于气温在海洋变暖的速度比海洋表面温度模型;混合模型字段只显示变暖比观察快9%。
一个最近的一篇论文在《自然通过Iselin Medhaug和他的同事们表明,剩余的分歧可以通过短期的组合占自然变化(主要是在太平洋),小火山和低于预期的太阳能输出并不包含在2005后的预测模型。
下面是一个总结的所有模型碳简短了。必威手机官网下表显示了不同的速度变暖之间或一组模型和模型美国宇航局的温度观测。所有观测温度记录相当类似,但美国宇航局当中,包括近年来更完整的全球覆盖率,因此更直接与气候模型数据。
基于混合模型#差异括号陆地/海洋领域
结论
自1973年以来出版的气候模型通常相当熟练的在预测未来气候变暖。虽然有些过低和过高,他们都显示结果相当接近实际发生,特别是当二氧化碳浓度的预测和实际之间的差异和其他气候作用物考虑。
模型是远非完美,将继续得到改善。他们也显示相当大范围的未来气候变暖不容易缩小仅仅使用我们已经观察到的气候变化。
不过,预计1970年以来和观察到的变暖之间的密切匹配表明,估计未来的气候变暖可能同样准确。
方法论的注意
环境科学家Dana Nuccitelli帮助提供过去的列表模型/观察比较,可用在这里。的PlotDigitizer软件旧的数据被用来获取值时数据没有否则。CMIP3 CMIP5模型数据获得其中气候资源管理器。
罗莎蒙德皮尔斯的动画。