讲解员:科学家估计气候敏感性的

的灵敏度地球的气候在大气中的二氧化碳浓度增加是一个问题,气候科学的核心。biwei6868

从本质上讲,这表明全球气温将会上升多少人为二氧化碳排放,但这是一个问题,还没有一个明确的答案。

多年来,估计已经把气候敏感性介于1.5度和4.5度的变暖工业化前的二氧化碳水平的一倍。这个范围仍顽固地宽,尽管许多个人研究声称狭窄。然而,最近的工作组合多个证据可能有助于适度缩小这个范围。

这里,碳短暂必威手机官网的检查气候敏感性的研究在过去的二十年里发表。这些研究使用气候模型,最近的观察和古气候数据从地球的更遥远的过去估计气候敏感性。

而缩小范围的灵敏度不会改变需要快速脱碳,它可能帮助决策者对未来调整自己的计划。

不同类型的灵敏度

气候敏感性是指全球表面变暖的数量将发生在回应一倍的大气二氧化碳浓度比工业化前的水平。

从其工业化前水平的二氧化碳增加了280(ppm)今天的408 ppm左右。没有行动来减少排放浓度很可能达到560 ppm -工业化前水平的两倍2060年左右。

有三个主要的气候敏感性指标,科学家使用。第一个是平衡气候敏感性(ECS)。地球的气候需要时间适应二氧化碳浓度的变化。例如,由一个两倍的二氧化碳捕获的热量将通过深海驱散了几十年。ECS的变暖将发生一旦所有这些过程达到平衡。

第二个是瞬态气候响应(TCR)。这是可能发生的变暖时二氧化碳双打,每年都在逐渐增加了1%。细胞更紧密地匹配二氧化碳浓度的方式改变了过去。它不同于ECS因为大气和海洋之间的热量分布尚未达到平衡。

三分之一的气候敏感性,地球系统的灵敏度(ESS),包括非常长期的地球系统的反馈,如冰盖的变化或植被分布的变化。

TCR往往是明显低于ECS。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告,在2014年完成,可能ECS 1.5 c到4.5摄氏度的升温范围大气中的二氧化碳浓度的两倍,但可能TCR只有1 c 2.5摄氏度。

反馈驱动的不确定性

气候敏感性的广泛的估计是由不确定性气候反馈,包括水蒸气、云、表面反射率和其他因素会改变随着地球变暖。气候反馈过程可能放大(正反馈)或减少(负面反馈)由二氧化碳浓度升高或其他的影响气候营力——最初驱动气候变化的因素。

简单的物理显示了温暖的世界有点超过1 c一旦二氧化碳加倍,如果不考虑反馈。然而,有极强的证据反馈会放大这种变暖,基于地球的过去和物理过程。

水蒸气-一种强大的温室气体是最大的一个最佳理解气候反馈。随着全球变暖,大气中的水蒸气的量预计将增加,因此,也将温室效应。

从卫星测量确认水蒸气浓度增加与大气温度在过去几十年。

温暖和湿润的气氛也会影响云层。然而,它是更不确定云量的变化将如何影响气候敏感性。

增加低空云层会部分抵消气候变暖更多的阳光反射回太空,而高空云层的高度会增加额外的热量。与此同时转变经常云从热带向两极,传入的阳光较弱时,会降低他们的权力阻止阳光。

组成云的变化也重要:云,含有更多的水滴“光学厚”和更有效地阻断阳光比主要由冰晶组成的。所有这意味着全球云反馈的净效应是复杂的,科学家很难精确模型。

全球变暖也会少冰和积雪。用更少的冰雪反射太阳的光线,将减少地球的融化反照率和放大变暖。

这些和其他的组合反馈转换~ 1 c变暖单从两倍的二氧化碳变成一个不确定的范围可能的变暖,从约1.5摄氏度到4.5摄氏度。

一个非常稳定的范围

在1979年,恰尼报告从美国国家科学院建议ECS可能介于1.5和4.5 c /两倍的二biwei6868氧化碳。将近40年后,最好的灵敏度估计在很大程度上是相同的。这已经导致一些问题为什么如此小的进展评估气候敏感性。

然而,对于德赛尔教授安德鲁在德州农工大学把这个建议。他告诉碳简要:必威手机官网

我认为这个主意不确定性自1970年代末以来一直保持不变的是错误的。如果你看看恰尼的报告,很明显,有很多事情他们不知道关于气候。所以他们估计的不确定性是,在我看来,,太小了

随着时间的推移,我们学到了更多关于气候和专家判断如何评估不确定性也有所改善。因此,尽管它可能出现的不确定性仍然相同,这反映了气候敏感性的改善我们的理解在很大程度上掩盖了改善我们的理解的不确定性。事实上,我认为我可能会说,今天的范围高估了实际的不确定性。

早在1979年,气候科学比今天更清楚。biwei6868有更少的证据使用在评估气候敏感性。恰尼报告范围是基于物理直觉和结果只有两个早期的气候模型。

相比之下,现代的灵敏度估计是基于证据从许多不同的来源,包括模型,观察和古气候的估计。对于德赛尔表明,的一个主要研究气候系统的敏感性的进步在过去的几十年里科学家的能力更加自信地排除很高或很低的气候敏感性。

估计敏感性的不同方式

那么,这些不同的证据表明气候科学家使用评估气候敏感性?

基于物理气候模型地球的可用于运行模拟的变暖将发生一次多少二氧化碳浓度增加了一倍。气候敏感性代表一个“自然发生的属性“气候模型,而不是一直在提前设定的东西。

气候模型提供一个广泛的敏感性估计,所以研究人员经常检查气候模型的子集——根据他们如何选择匹配不同的气候现在的观察。这些被称为“约束模型”。

灵敏度也可以估计从仪器记录的表面温度和海洋热含量,结合模型的气候营力改变了过去。

科学家也可以看更遥远的过去评估气候的敏感性,通过比较古气候变化在地球过去的估计营力的变化。

最后,科学家们可以结合多种不同的方法来得到一个更全面的图片。

如下图,由碳短暂,显示了气候敏感性的评价估计自2000年以必威手机官网来出版的。它是基于数据从2017年的《自然•地球科学》上的论文biwei6868通过里特•Knutti教授和他的同事们苏黎世联邦理工学院和更新到目前的一天。

每个点显示了最佳估计气候敏感性的个体研究,而酒吧显示可能的灵敏度值范围评估的研究。颜色表示类型的研究。

值得注意的是,不同的研究有时使用不同的措施“最佳估计”以及灵敏度的范围,因此,总是无法直接相比较。最好的结果,平滑平均估计(黑线)和范围(阴影灰色区域)应仅视为传播的不确定性的说明。

(扩大任何区域拖动光标到下图的“画”一盒)。

虽然许多研究发表在前几十年,凸显出一系列的图表研究自2000年代初。大多数研究的最佳估计灵敏度1.5度和4.5度之间,但有一些极高或极低敏感性研究。

灵敏度的范围跨越所有这些研究可能已经略有收窄,但仍相当接近平均3 c。相反索赔气候怀疑论者的网站,目前没有证据表明任何下降趋势敏感度近年来被认为是当所有的研究。

有,然而,近年来一些分歧的灵敏度范围的低端。模型和palaeoclimate-based方法(蓝色和紫色线条和点)很少提供灵敏度估计低于2摄氏度,而方法使用仪器数据(橙色)经常有。这导致了政府间气候变化专门委员会扩大它的灵敏度范围从2 c到4.5摄氏度的第四次评估报告发表于2007年,在其1.5至4.5摄氏度第五次评估。

不同的方法产生不同的估计,部分原因在于它们测量不同气候系统的属性。的时间尺度气候敏感性是推断,因为它不能直接测量,非常重要,所以不同的方法可以给不同的估计,即使是精确的。

下图展示了一系列敏感发现不同类型的研究。彩色条显示灵敏度高和低的中位数估计自2000年以来发表的所有研究,最好的中位数估计黑点所示。

总的来说,大多数方法通常显示灵敏度约3 c /两倍的二氧化碳。研究基于仪器数据是一个异类,倾向于表现出低很多的估计2摄氏度左右。古气候研究显示大约3 c的最佳估计,但往往有一个更大的高端不确定性比其他方法。这是因为它们包括一些研究反映长期与ESS相关反馈。

低灵敏度的仪器记录

所以,为什么有些方法往往会产生灵敏度估计比其他人高还是低?

如上所述,估计基于仪器气候记录的气候敏感性往往比较低。有强烈关注的出版以来这个明显的异常有影响力的2013年的论文通过亚历山大·奥托博士的牛津大学16人,ECS在1.2摄氏度到3.9摄氏度之间,与2 c的最佳估计。

一些评论员认为仪器的方法是可取的,因为它是基于物理的观测。然而,估计从仪器记录仍然需要一个概念或物理模式的气候。

Knutti和同事建议:“这些方法依赖模型:提供迫使估计,如气溶胶强迫,强迫与气候响应通过能量平衡模型。必威体育在线注册因此,使用综合模型观测估计是互补的方法,但有自己的不确定性。”

有几个原因估计基于仪器研究可能比其他方法低。

中存在大量的不确定性估计的强迫气溶胶,以及估计的海洋热含量。仪器记录的选择用于评估表面温度的变化也会对结果有很大影响。

有些仪器表面温度记录贫困覆盖快速升温的北极地区和世界其他地区。依赖不完全观测了一些温度上升。表面温度记录也结合海洋表面温度在海洋表面空气温度在陆地上,而气候敏感性模型指的是全球气温在陆地和海洋。

马克·理查森博士在美国宇航局喷气推进实验室和他的同事们发表了一篇论文2016年估计气候敏感性模型匹配相同的事情,实际上是测量仪器记录。他们发现,这导致灵敏度估计类似从仪器获得的方法。

下图展示了TCR估计奥托等左(黄色),从CMIP5气候模型在中间(蓝色)和TCR估计CMIP5气候模型相匹配的仪器记录测量什么正确的(红色)。

虽然比较喜欢与喜欢可以调和TCR的差异,大的分歧仪器ECS的估计和模型和古气候之间的方法。

研究人员试图了解这些差异在许多最近的论文探索为什么仪器方法导致ECS估计明显低于其他证据。

仪器的方法是复杂的的事实气候迫使在过去的一个世纪里不是纯粹从二氧化碳和,因此,气候变暖已经一定程度上掩盖了气溶胶的降温效果。

一个重要观点是,气候反馈的强度将随时间变化,反馈较强长时间出现。

2017年的一篇论文通过克里斯蒂安·Proistosescu博士和彼得Huybers教授在哈佛大学发现放大反馈ECS在气候模型中发挥更大的作用尚未完全踢在当前气候条件下。一个类似的论文通过凯尔教授盔甲华盛顿大学的建议反馈将增加约25%从今天的瞬变暖化地球走向平衡。

这意味着基于仪器灵敏度估计变暖到目前为止偏低,因为他们不会捕捉反馈的大的作用在未来气候变暖。作者认为“占这些…让历史记录协议model-derived ECS估计”。

这是部分原因是反馈强烈依赖于空间格局的变暖。甲教授阐述了讨论气候实验室里的书网站:

“几乎所有的全球大气环流模型全球气候模型显示全球辐射反馈改变随着时间的推移,迫使下,与有效的气候敏感性增加平衡。因此,气候敏感性估计从瞬态变暖似乎小于ECS的真正价值…

据我们所知,这种效应的物理原因是全球反馈取决于表面变暖的空间格局,从而改变随着时间的推移…一个很好的例子是在南大洋海冰反照率反馈:因为变暖尚未出现,积极反馈尚未被激活(不稳定)。

这意味着,即使是完美的知识的全球数量(表面变暖,辐射强迫、热吸收)不足以准确估计ECS;你也有预测辐射反馈会改变未来。”

对于德赛尔教授安德鲁同意,告诉碳简要了解表面变暖的模必威手机官网式如何影响敏感性的一个主要的进步我们近年来研究气候系统的敏感性。他表明它“允许我们解决20世纪之间的差异[工具]估计和其他估计给更高的价值”。

一个最近的一篇论文由美国宇航局的凯特博士奇迹和他的同事们使用另一种方法来探索工具之间的差异和基于模型的灵敏度估计。他们的研究结果表明,自然气候变化在过去的几十年里可能排队,由纯粹的巧合,结果在低ECS估计。

他们从仪器检查结果使用数据来自气候模型的方法。因为个别气候模型有一个气候敏感性,可以直接测量,这提供了一个测试的历史记录可以准确评估ECS。他们发现平均ECS推断从历史模拟只有2.3摄氏度,特别是低于3.1摄氏度的实际平均ECS的所有模型。

他们找到一个更低的隐含ECS的1.8摄氏度时使用的变体模型受到实际观察到的海洋表面温度。他们认为这意味着“具体…内部变化经历了近几十年提供了一个不同寻常的低ECS的估计”。他们指出,这似乎是主要的十的云量的变化在热带地区。然而,热带地区云量不一定是预测未来的气候变化和模式导致低instrumentally-based ECS估计可能是受自然变化。

约束模型的挑战

气候模型提供了一个广泛的气候敏感性估计。的CMIP5模型中最近的IPCC报告ECS值从2.1摄氏度到4.7摄氏度每增加一倍,平均灵敏度3.1摄氏度。

然而,并非所有的模型都是平等的。一些执行比别人更好地匹配历史的温度和其他环境变量。一个想法,称为“紧急约束”,旨在缩小(“限制”)模型灵敏度估计只使用表现最好的模型。

这是在许多不同的方式。例如,低空云层是气候敏感性密切相关。与云模型更符合观测显示3 4.8 c和c之间的ECS -高端模型范围根据2014年的一篇论文在自然界中,教授史蒂夫·舍伍德和同事。

类似的,第二个高调的性质纸使用卫星观测发射能量多少地球空间作为必威体育在线注册他们的“紧急约束”。他们发现模型最佳匹配观察显示ECS的3 c 4.2摄氏度。

相反,最佳模型,再现观察温度的变化显示较低的ECS2.2至3.4摄氏度,据2018年的一篇论文,也在自然界中,教授彼得·考克斯和他的同事们。

这种一致性的缺乏意味着在所有研究碳短暂的检查,那些使用约束模型几乎相同的灵敏度范围估计使用所有气候模型。必威手机官网一个原因是,不同的模型擅长匹配不同类型的观察。例如,那些最好的造型云是不一样的,擅长繁殖温度变化。

可以认为,这些研究或约束更令人信服比其他人或物理现实。这是一个非常活跃的研究领域。就目前而言,这可能是过早表明紧急约束果断显示灵敏度比之前认为的更低或更高。

这些研究有一个一致的发现,然而,这是一个气候敏感性低于2摄氏度是非常不可能的。

缩小范围吗?

而平衡的最佳估计气候敏感性顽固地保持在1.5度和4.5之间c /翻了近三十年,发生了很多在过去的两年里更好地告知我们理解可能ECS价值。

首先,新一代的气候模型CMIP6——做了一些模型的灵敏度是规范政府间气候变化专门委员会范围的高端。大约35%的新车型报道ECS值高于4.5 c,以18%的模型有一个ECS 5度以上。然而,一些最近的研究表明高灵敏度模型的子集往往重现历史温度相对较差,这表明模型更符合1.5至4.5摄氏度范围可能更可靠的预测未来的气候变暖。

与此同时,一个庞大的多年项目生产更好的气候敏感性估计是最近完成了。它结合独立证据从物理过程,历史的温度和古气候数据ECS的可能范围缩小到2.6度和4.1度之间。他们发现,即使证据的一个三行是完全排除在外,只有范围扩大到2.3至4.5摄氏度。

下面的图表显示了可能ECS从这项新研究(黑盒),相比之下AR5(灰色)和全面的估计第五(蓝色)和第六(橙色)耦合模型相互比对项目(生产商)。(CMIP5模型预测送入AR5, CMIP6将支撑即将到来第六个评估报告AR6)。

这些冲突集的ECS估计给作者带来的困境即将到来的联合国政府间气候变化专门委员会6日评估报告。而过去的报告通常与ECS气候模型值IPCC可能ECS的不确定性范围内,相同的可能不是真的。

敏感有关系吗?

气候敏感性是一个重要的科学不确定性,缩小范围可能有重大的后果。一个经济研究通过克里斯博士希望剑桥大学的建议的价值数万亿美元的不确定性可能会减半,因为它将允许的数量和速度减排需要更好的决定。

然而,世界仍然需要碳排放的目标巴黎协定,即使灵敏度更好的理解甚至低端的目前的估计。ECS的接近2 c只会延长最后期限十年左右达到零排放,根据一项研究IIASA的博士Joeri Rogelj和同事。

这种不确定性也存在两面性;就像有许多今天公布的新研究表明,敏感性可能在1.5至4.5摄氏度的高端范围的低端。Knutti和他的同事们表明气候敏感性的不确定性不应被视为一个路障今天采取行动。对于德赛尔告诉碳简要:必威手机官网

“除非气候敏感性下降IPCC的范围之外,我没有看到改进的范围产生巨大的影响我们应该做的事情从政策视角。我们应该努力减少排放尽可能快,但足够慢不太具有破坏性的经济。”

最终,多么温暖的世界将在2100年一样或更多取决于数量的二氧化碳和其他温室气体排放到大气中,而不是气候敏感性的精确值。