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雨滴打在野餐桌上;康沃尔郡,英国。
雨滴打在野餐桌上,康沃尔,英国。 资料来源:David Chapman / Alamy Stock Photo。
气候建模
2018年1月19日8点

解说:气候模型告诉我们未来的降雨量

齐克Hausfather

齐克Hausfather

01.19.18
齐克Hausfather

齐克Hausfather

19.01.2018 |上午8:00
气候模型 解说:气候模型告诉我们未来的降雨量

公众对气候变化的讨论大多集中在未来一个世纪地球会变暖多少。但是气候变化并不仅仅局限于温度;降水(包括雨和雪)是如何变化的也会产生影响关于全球人口。

而气候科学家使用的模型普遍认为关于地球的不同部位如何温暖,关于下降将如何变化的同意较小。

在我们为期一周的气候模拟系列的第五篇也是最后一篇文章中,Carbon Brief探讨了各种模型对未来降水变化的一致和不一致之处。必威手机官网

蒸发和更多的水蒸气

有一些基本的物理过程可以告诉科学家,在变暖的世界中,降水将如何反应。随着温度的升高更大的蒸发和表面干燥,可能会加剧干旱的强度和持续时间。

然而,随着空气变暖,其蓄水能力增加,特别是在海洋上空。根据克劳修斯——克拉珀龙方程方程,空气通常可以保持在周围7%温度每升高1摄氏度,就会增加更多的水分。因此,如果地球温度比前工业时代高4摄氏度,大气中的水蒸气含量就会增加28%左右。

术语表
RCP8.5:rcp(代表性浓度路径)是未来温室气体浓度和其他强迫的情景。RCP8.5是由人口快速增长带来的“相对高的温室气体排放”的情景,…阅读更多

但这增加的水分不会均匀地落在地球上。一些地区将会增加降水,而其他地区由于天气模式的变化和其他因素预计会减少降水。

下图显示了在政府间气候变化专门委员会(IPCC)最新报告(CMIP5),采用高端变暖情景(RCP8.5)。

紫色展示降水量增加的区域,而橙色区域表明未来未来的雨雪和雪。

1981-2000年~ 2081-2100年CMIP5 RCP8.5多模式降水(雨雪)平均百分比变化每个型号使用一组,共38个型号。数据从其中气候资源管理器;碳简报的地图。必威手机官网

平均而言,气候变暖预计会导致干燥地区变得更干燥,潮湿地区变得更潮湿,特别是在中纬度和高纬度地区。(这是在陆地上并不总是这样然而,在变暖的影响有点复杂的地方。)

模型的平均值显示出赤道附近的降水量大幅增加,特别是在太平洋中。他们还在北极和南极展示了更多的降水,其中寒冷的温度目前限制空气可以保持多少水蒸气。

地中海地区预计在南部非洲的RCP8.5世界中将在2100℃下降水约20%,在南部非洲也发现了类似的减少。西澳大利亚州,智利和中美洲/墨西哥可能都成为10%的干燥机。

术语表
RCP2.6:rcp(代表性浓度路径)是未来温室气体浓度和其他强迫的情景。RCP2.6(有时也称为“RCP3-PD”)是一种“峰值和下降”情景,其中严格的缓解措施……阅读更多

这些变化倾向于随着气候变暖而成比例地增加;如果在像RCP2.6这样的大规模减缓方案中,地球升温仅2摄氏度,而不是4摄氏度,那么降水变化的百分比将大约是前者的一半。

然而,由上面显示的所有模型的平均值绘制的简单图片隐藏了深刻的差异。实际上,所有模型都同意将变得更加潮湿或干燥。气候模型是不完美的随着模型继续改善,未来平均降水变化的预测可能会变得更加一致。

地区差异

里面有39种不同的气候模型CMIP5这为未来的降水变化提供了估计。不同于温度模型,不同的模型对未来的区域变化表现出大致一致的看法,不同的模型可能会有相同的区域在变暖的世界中变得更潮湿或更干燥。

下图显示了澳大利亚从当前气候到本世纪末的预期降水变化百分比,紫色区域表示降水增加,橙色区域表示降水减少。虽然所有模型的平均值(如左图所示)在全国大部分地区的降水量减少了5%到10%,但一些单独的模型显示出了更大的变化。

例如,澳大利亚人CSIRO模型-中期面板-预计本世纪末降水平均减少50%左右。与之形成鲜明对比的是,中国人FGOALS模型预计到2100年,降雨量将平均增加30%,几乎没有地区的降雨量减少。

CMIP5 RCP8.5和CSIRO-Mk3和FGOALS分别计算了1981-2000年和2081-2100年澳大利亚总降水(雨雪)的多模式平均百分比变化。数据从其中气候资源管理器;碳简短地图。必威手机官网

类似的结果也可以在世界其他地区发现。下图显示了所有CMIP5模型对世界上每个不同地区的最干燥和最潮湿预测,分别为第10和第90个百分位在所有的模型中(例如,在世界任何地区显示降水减少最多的10%模型和显示降水增加最多的10%模型)。

至少在一个模型中,世界上除高纬度地区和热带海洋外的大部分地区显示出相当大的干旱。类似地,你可以找到至少一个模型,在世界上几乎任何给定的地方都变得潮湿。

RCP8.5 10百分位的平均降水变化(左图)和90百分位数(右图),用于每1×1纬度/经度网格之间的总降水(雨和雪),1981-2000和2081-2100之间的每1×1纬度/经度网格。每个型号使用一组,共38个型号。数据从其中气候资源管理器;碳简短地图。必威手机官网

这意味着气候模型对年平均降水量的预测应该谨慎处理。这给决策者带来了挑战,他们需要为他们国家将发生的变化制定计划,因为依赖任何一个模型的输出可能会掩盖这一点戏剧性的分歧

然而,模型之间对某些地区未来降水变化的不一致并不意味着模型在这方面是无用的。

模特在哪里同意?

虽然模型对世界上许多地区的平均降水量将如何变化存在分歧,但在一些地区,几乎所有的模型对未来变化的描述都是相同的。

下图显示了从今天到本世纪末的降水量的年平均变化,但是增加了点来表示至少10个模型中有9个对变化方向达成一致的区域。

作为第一个图,但是90%的模型都同意的区域用点突出显示变化的标志。数据从其中气候资源管理器;碳简报的地图。必威手机官网

在这些模式中,普遍认为热带太平洋地区和高纬度地区未来将有更多的降水。印度、孟加拉国和缅甸都将变得更加潮湿,中国北部的大部分地区也将变得更加潮湿。

这些模型在很大程度上一致认为,地中海地区和南部非洲未来将会有更少的降水。他们还同意减少澳大利亚西南部珀斯附近、智利南部、墨西哥西海岸以及大部分热带和亚热带大西洋地区的降水。

有趣的是,尽管所有人都关注干旱在加利福尼亚州,气候模型中没有共识,该地区将在温暖的世界中平均过度降水。

不同季节变化不同

关注年降水量变化的一个局限性是,它们可能掩盖一些季节性影响。

下图显示了未来季节破坏的预计变化,以及地区的点,其中10个模型中的至少九个中的至少九个达到每个季节的变化方向。

与之前的数据相同,但按季节划分。数据从其中气候资源管理器;碳简短地图。必威手机官网

在预测季节变化时,有几件事很突出。在冬季,北非的降水预计会减少更多,但印度和南亚大部分地区的降水没有增加的协议。

在春季,模型认为南加州的降雨量将会减少。在夏季,南部非洲的降水减少特别强烈,而在秋季,印度、孟加拉国和撒哈拉地区的降水都明显增加。

极端降水量增加

模型通常也同意降水,当它发生时,几乎到处都会变得更加强烈。与年平均降水不同,几乎整个世界都预计将在温暖时看到极端降水量的增加。

模型显示,世界上大部分地区将会有16 - 24%的增长到2100年强降水强度。换句话说,大雨可能会变得更大。

你可以在下面的图中看到这一点。这里显示的是到本世纪末,我们所经历的每一度的变暖导致的强降水事件的百分比变化,而图上的点代表了90%的模型一致的区域。红色区域表示强降水减少,蓝色区域表示增加。

陆地上强降水事件的最大增加预计将发生在中非和南亚。另一方面,北非、澳大利亚、南部非洲和中美洲的强降水可能不会显著增加。

每升温一度的强降水变化百分比,定义为每一地区一年中最大的日降水事件。图改编自Fischer等人2014年

温度和降水影响干旱

在全球变暖的背景下,降雨量和降雪的变化对世界上许多地方来说都是高度不确定的,但未来降水量的变化只是其中的一部分。

同样重要的是温度,它影响降水的形式是雪还是雨,并控制降雨的多少。积雪”积累。

积雪是冬季堆积在山上的雪,在春夏融化时为下面的山谷提供淡水。它是许多河流的重要成因,并影响河流流量和农业用水,特别是在像加利福尼亚这样冬季降水集中的地区。

温度也会影响蒸发速率,温度越高,土壤水分流失越快,对农业灌溉的需求也就越大。

这意味着,即使是那些可能变得更潮湿的地区,这也意味着将在很大程度上抵消通过温度驱动的干燥。

作为本杰明·库克博士美国国家航空航天局戈达德太空研究所的研究人员告诉碳简报,虽然未来降水的变化是不确定的,但与温度升高相关的干燥必威手机官网现象更为普遍:

“干旱-气候变化的故事实际上相当复杂。虽然气候变化对降水的影响相当不确定,但我们确实预计,随着气候变暖,许多地区将经历更多的土壤水分干旱和径流量下降,从而导致干旱风险和严重程度的整体增加。

“普遍的共识是,在亚热带地区,如[美国]西南部和地中海地区,降水将减少。但变暖对蒸散和相关干燥的影响发生在更大的区域。”

结论

对于气候模型来预测,平均降水量的变化更难以预测。世界上有很多部分,模特不同意未来会有更多或多或少的雨雪。然而,有一些地区,特别是地中海和南非的地区,几乎所有模型都会降雨将降低。同样,在高纬度地区以及南亚的大部分地区都有预期降雨量。

这些模型更一致地认为,气候变暖将增加几乎所有地方的极端降雨和降雪的严重程度。他们预测,全球变暖还会增加土壤蒸发,减少积雪,即使降水不减少,也会加剧干旱。

来自这个故事的Sharelines
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