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在哥伦比亚的安第斯山脉的蜡棕榈树的有雾的雨林。 信用:fabs_psn / alamy股票照片。
客人帖子
2020年12月1日11:00

帖子:调查气候变化的“湿度悖论”

凯特威雷特博士

凯特威雷特博士

01.12.2020 |11:00 AM
客人帖子 帖子:调查气候变化的“湿度悖论”

水蒸气是地球生命的基础。除了温室气体,水蒸气是云和雨的基础。因此,它维持植物,森林和我们种植食物的能力。

空气中水汽的缺乏会影响火山爆发的强度和频率野火。过量加上高温会导致热应激在人和动物。

因此,科学家了解湿度的关键是至关重要的 - 在空气中有多少水蒸气正在发生变化,并且可以改变,随着全球气温的上升。

在一个新的数据集和附纸,我的共同作者和我探讨了湿度的不同方面在世界上的海洋上的对比方面正在变化。

什么是湿度?

在最简单的术语中,湿度是衡量空中悬浮在空气中的水。然而,它可以以多种方式分类,气候科学家和气象学家通常使用两个主要定义。

第一是特定湿度。也被称为“水分含量”,这是一个测量有多少水蒸气相对于总质量的水蒸气和空气结合。它是以每千克潮湿空气中水蒸气的克数来衡量的。

第二个是相对湿度。这是一种措施 - 表示为百分比 - 如何“饱和”空气是。换句话说,与最大值相比,空气含量的水蒸汽有多少。

世界各地的湿度观察表明特定湿度 - 或水蒸气量增加。然而,与此同时,相对湿度或饱和 - 在许多地区已经下降。

湿度悖论

这种明显的悖论的主要原因是两倍:地球是升温,暖空气可以容纳更多的水蒸气。

大气,陆地和海洋都是变暖的。首先,这意味着从地球表面蒸发更多的水。其次,更多的水可以 - 并且是气体的空气中。如下图所示,在土地(绿线)和海洋(蓝色)上发生特定湿度的增加。

全球时间序列的年平均特定湿度为土地海洋和全球平均水平相对1981-2010
1981-2010年,陆地(绿线)、海洋(蓝线)和全球平均比湿(深蓝线)的全球时间序列。结合观测不确定度、采样不确定度和覆盖不确定度,给出了不确定度的两个标准偏差范围。信贷:达到办公室气候仪表板

根据这一点Clausius-Clapeyron方程式,空气通常可以抓住7%每1c温度升高更多的水分。因此,对于相对湿度保持相同的湿度在升温下,空气中的水分含量也需要增加7%。

从理论上讲,如果没有限制因素,那么这是我们期望看到的增加速度。然而,现实世界确实具有限制性因素 - 因此相对湿度正在减少。

地球的陆地表面一直是更快地变暖比过去几十年的海洋还要多。但是,尽管海洋有取之不尽的水供蒸发,陆地却不是这样。

事实上,我们知道,大多数在土地上的水蒸气实际上源于海洋蒸发。由于大气循环,这种潮湿的空气围绕地球移动,然后在陆地上流动。

海洋变暖的速度减慢意味着没有足够的水分蒸发到海洋上方的空气中,并被悬浮在空气中,以跟上海平面上升的速度陆地上升的温度。这意味着空气不像它一样饱和,并且如下图所示 - 相对湿度降低。

全球时间系列年平均相对湿度为土地海洋和全球平均水平相对1981-2010
1981-2010年,陆地(绿线)、海洋(蓝线)和全球平均相对湿度(深蓝线)的全球时间序列。结合观测不确定度、采样不确定度和覆盖不确定度,给出了不确定度的两个标准偏差范围。信贷:达到办公室气候仪表板

相对湿度无处不在

虽然全球的平均相对湿度有所下降,但在印度和一些高纬度地区,平均相对湿度似乎在增加。

同样值得注意的是,可能还有其他因素导致了区域性相对湿度的变化。

首先,通过大气风和海洋电流在全球范围内移动热量,其图案和强度变化,又影响了大气湿度水平。其次,我们知道大气中二氧化碳(CO2)的增加,以及温度和水分的变化,影响了多少水分泄释。

第三,在森林砍伐,城市化和密集型和灌溉农业的情况下,土地使用的主要变化是影响局部水分水平。例如,研究显示在灌溉过程中加入的水可以有助于在印度的热应激,即使它在本地降低了温度。

海洋湿度怎么样?

关注世界的海洋,观察结果表明 - 随着预期的湿度在海洋中的空气中增加了。这已在新的全球数据集中展示,即我的同事和我最近在期刊上发表的地球系统科学数据biwei6868

有趣的是,这个新的数据集显示了相对湿度实际上减少了海洋的许多地区。这足以使全球海洋平均相对湿度降低。

由于我们目前对湿度和蒸发的身体理解,这种减少很难解释。例如,期望气候模型那是海洋相对湿度吗应该保持相当稳定还是略微增加

然而,我们也知道,在海洋上观察相对湿度的观察结果存在数据质量问题,因此在这种下降趋势周围的不确定性很大。数据如此反映了真正发生的事情?

在一些地区,这种下降与附近的土地上的相对湿度下降一致。和重新分析数据 - 基于直接测量和天气模型的组合提供估计 - 也显示平均下降,尽管今年到年度的模式有点不同。简而言之,我们需要进一步调查这一点。

更广泛的影响

湿度的变化在全球和地方层面都有很大的敲击影响。

增加表面的水蒸气意味着更多的水蒸气最终将通过其作为温室气体的作用变得重要的大气来实现。

空气中的水分含量也更高意味着更多的降雨量-特别是在大雨天气。极端事件, 如飓风它们已经对社会和环境造成了毁灭性的破坏,因此增加降雨使它们变得更加危险。此外,湿度较高也可以提高热应激的风险在非常温暖的日子里。

减少相对湿度的影响不太明显。减少饱和度会影响称为的东西蒸气压赤字。这基本上是一种衡量大气在该温度持有的额外水蒸汽的量度。当蒸汽压力缺陷很高时,植物可能需要关闭它们气孔避免过多的湿度损失。在这些干燥条件下,野火可以更容易启动,更容易传播。

土地上相对湿度的降低非常有趣。我们没有看到气候模型的历史重建中的相同减少,尽管我们确实看到了越来越多的温度和特定的湿度。这意味着与饱和度和水蒸气水平相关的未来影响有点不确定,尤其是在那些具有相对湿度变化的强烈变化的区域上。

全球数据集

几十年来使用湿度心理脉状物尽管最近往往会使用电子传感器。与所有气象观测一样,有些误差来源和偏见必须被占据,以便我们确定我们正在寻找气候信号而不是观察系统特征。

在过去的几年里,我领导了遇到欧特利中心的发展哈迪希数据集陆地和海洋表面湿度。这是贝特办公室之间的合作,国家物理实验室埃里克西大学, 这国家海洋和大气管理局国家环境信息中心, 这气候研究单位东安格利亚大学,国家海洋学中心

DataSet旨在用于研究大规模趋势和可变性,评估气候模型的有效性,了解气候变化。

它为2019年1月至2019年12月的每月平均数据提供全球网格。将每1月更新的数据集提供七个变量,包括特定湿度,相对湿度和同时测量的空气温度。对于更仔细的外观,数据可从中下载达到办公室网站现在就在了达到办公室气候仪表板

该数据集使用船上的船舶和陆地上的船舶的温度和湿度观察。全球的覆盖范围是从20世纪70年代开始的合理的,尽管南半球覆盖着覆盖不足,特别是在海洋上。

但是,相当令人担忧自愿观察船舶(VOS),我们依赖的直接测量,自20世纪80年代的峰值约7700,已大幅下降,目前只有4000。

由于表面湿度不是通过卫星或漂移浮标来衡量的东西,因此我们持续监控这一重要变量的能力存在真正的风险。

Willett,K. M.等。(2020)开发哈迪德湿度气候监测数据集,地球系统科学数据,biwei6868DOI:10.5194 / ESSD-12-2853-2020

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