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北极海冰融化,巴芬湾,格陵兰岛。信贷:半除股票的照片。T8R85X
北极海冰融化在巴芬湾,格陵兰岛。 信贷:半除股票的照片。
客人的帖子
2022年2月11日10点

帖子:为什么北极温暖的速度比其他行星?

马太亨利博士

马太亨利博士

十时整11.02.2022 |
客人的帖子 帖子:为什么北极温暖的速度比其他行星?

而整个地球表面变暖1.2摄氏度左右自工业革命以来,气温不是以同样的速度在世界的各个角落。

一个区别是更快的速度土地是比海洋变暖。但也许最大的例外是北极,气候变暖比全球平均水平的两倍多(pdf)。

这种现象——被称为“北极的放大效应”导致为北极社区戏剧性的变化和也有关在中纬度地区的极端天气事件北半球。

快速变暖的原因通常是确定为北极的变化的“反照率”的表面——雪和海冰的损失意味着更少的入射的太阳光反射回太空。

但现实是比这更复杂。在一篇新论文,发表在地球科学前沿biwei6868,我和我的合作者打开不同的因素导致了北极的社会变化的快节奏。

放大变暖

下面的图表显示了年平均表面温度,相对于1951 - 80年,对整个地球(蓝线)和北极(红色)。自1990年左右,北极显然是气候变暖的速度比其他的星球。

年平均地表气温异常的北极(红线)和全球平均水平(蓝色)从1950年到2020年。线性趋势线(虚线)也显示在1990年到2020年期间。从GISTEMPv4信贷:数据,图表由扎克拉贝河
年平均地表气温异常的北极(红线)和全球平均水平(蓝色)从1950年到2020年。线性趋势线(虚线)也显示在1990年到2020年期间。数据来源:GISTEMPv4,图扎克拉贝河

这种放大在北极变暖通常仅仅归因于surface-albedo反馈。早在1896年,瑞典化学家Svante Arrhenius指出:“这些地方通过发展或改变他们的反照率的回归的积雪覆盖…可能会删除的最大效果(增加的二氧化碳)从较低的相似之处附近的波兰人”。

原因很简单:冰雪是白色的,因此反映了很多的阳光。在最初变暖,冰雪融化,白色的表面被换成了一个深色的表面开放海洋,吸收更多的阳光,从而导致额外的本地气候变暖。

而据悉,放大北极变暖的原因是更复杂的比表面反照率反馈,这种机制的简单了叙事在北极变暖,特别是在公众。

取决于它是如何计算,表面反照率反馈可能占30%到60%的总北极变暖。然而,下面描述的其他进程引发地表反照率反馈(水蒸气的作用)和北极变暖限制在表面(没有对流)。因此很难准确地量化多少一个进程负责北极变暖。

对流

虽然只有一个地球观察,我们可以用气候模型的模式变暖的世界没有冰。许多模型发现,没有海冰的或当海冰已经完全融化在高排放场景在北极,气候变暖的模式仍然是放大——尽管不如当海冰正在下降。

就像生物学家研究细菌,果蝇和老鼠来推断人类知识系统,气候科学家使用地球气候模型的层次结构来理解复杂的系统

例如,下图是从一个理想的气候模型没有冰,没有云,没有海洋环流。尽管这个基本模型是不准确的综合模型用于模拟的影响未来的排放情况,它帮助我们了解气候系统,因为它更容易理解。

图表显示的不同大气温度在冬季夏季(右)(左)和世界各地之间的行星与大气中的二氧化碳浓度很高(1200 ppm, ppm)和工业化前的世界(300 ppm)。(相比之下,全球目前的二氧化碳水平410 ppm左右)。轴表示纬度,从南极(-90度)左侧的北极(90度)在右边。

图表是最明显的变暖上对流层(约200 hPa)在热带地区全年,大片的红色显示从-30年到30度。然而,你也可以看到一片红色在地球表面(约900 hPa)在冬季在北极。即使在这个假设的世界没有冰或云,北极变暖约1.5倍比其他星球的整体。

没有冰的气候模型的例子,没有云,没有海洋环流(Isca气候模型)。区别的大气中的二氧化碳浓度1200 ppm和300 ppm北半球冬季(12月、1月、2月)(a)和夏季(6月、7月、8月)(b),从亨利和谷地(2021),接受气候杂志》上。
没有冰的气候模型的例子,没有云,没有海洋环流(Isca气候模型)。1200 ppm和大气CO的300 ppm之间的区别2浓度对北半球冬季(12月、1月、2月)(a)和夏季(6月、7月、8月)(b)。亨利和谷地(2021),接受气候杂志》上。

更变暖的关键原因之一发生在高纬度地区——即使没有海冰——是没有对流的高纬度地区。

空气对流发生在贴近地面加热的温暖的地球表面。热空气比冷空气轻,所以开始上升。在热带地区,地面和空气直接上面总是被太阳加热,因此有很多对流和大气的“混合”与上升气流。

在高纬度地区,然而,阳光和表面的夹角意味着传入的阳光不太集中在表面。因此,大气中主要是加热温暖潮湿的空气来自热带地区,这意味着有更少的垂直混合。

增加的变暖人类排放的二氧化碳和其他温室气体一般加热大气最接近地球表面的。在对流的存在,这种变暖的垂直混合。然而,高纬度地区——例如北极——没有对流导致气候变暖的温室气体排放大的表面附近。

地球表面的对流的简化图。信贷:马太亨利
地球表面的对流的简化图。信贷:马太亨利。

水蒸气

放大在北极变暖的另一个关键原因是运输的增加水蒸气从赤道到两极。

温暖潮湿的空气从热带环流被运送到波兰的大气中,并保持赤道和两极之间的温差相对较小。

作为一个温暖的氛围可以容纳更多的水分,我们希望有更多的热带大气中水蒸气随着全球温度上升。这个额外的水分被运送到了极点,它凝结,释放热量。

此外,额外的北极大气中水蒸气导致增加温室效应和影响云的形成,都可能导致额外的北极表面变暖。

运输的简化图水蒸气从赤道到两极。信贷:马太亨利
运输的简化图水蒸气从赤道到两极。信贷:马太亨利。

季节性差异

北极放大的另一个重要特性是它大多发生在冬天。

这主要是由于北极海冰减少。液体水有大量“热容”——它需要很长时间加热和冷却。因此在夏季和初秋海冰融化时,它会导致增加阳光吸收北冰洋。

这个存储热冬天然后被释放出来当没有阳光和气氛冷比底层的北冰洋。

下面的地图强调平均表面温度之间的差异接管1960 - 2020和2010 - 20在北半球冬季(左上角)和夏季(左下角)。最黑暗的红色阴影表示最大的温度上升。

右边的图显示了平均温度变化一样在每一个点的纬度地球——从南极(-90度)左侧的北极(90度)在右边。这再次表明,北极放大主要是一个冬季(红线)现象。

南极洲也没有对流和水蒸气的影响,导致放大南极变暖。然而,它是相对较弱的北极,因为高海拔的南极大陆和较小的表面反照率反馈。也,这是延迟由于南大洋环流,这让从深海冷水和冷却表面。

季节性异常2010 - 20的北极表面温度相对于1960 - 2020年为每个季节和区域表面温度异常。DJF和环流(左地图)对应于北半球冬季和夏季,分别。老妈和儿子(右侧地图)对应于北半球春天和秋天,分别。图表显示每个季节,冬天的温度异常的纬度(红色)、弹簧(蓝色),夏季(绿色)和秋季(紫色)。从GISTEMP信贷:数据。图从泰勒et al (2022)
季节性异常2010 - 20的北极表面温度相对于1960 - 2020年为每个季节和区域表面温度异常。DJF和环流(左地图)对应于北半球冬季和夏季,分别。老妈和儿子(右侧地图)对应于北半球春天和秋天,分别。图表显示每个季节,冬天的温度异常的纬度(红色)、弹簧(蓝色),夏季(绿色)和秋季(紫色)。数据来源:GISTEMP。图从泰勒等(2022年)。

代理数据

简单的冰反射反馈了叙事在北极放大。然而,这种模式的变暖现在理解的一个基本特征是潮湿的大气对流高纬度地区。

地球一直保持它的过去气候的记录,和今天科学家们可以分析各种“代理”——如贝壳、钟乳石、花粉和海豹毛皮,演绎全球气候数百万年前

在遥远的过去气候的研究表明,无论气候是冷还是暖的表面温度变化还是放大在北极

即使全球气温上升的所有北极海冰融化了——不是任何人想要的前景——我们仍然预计在北极变暖的速度会更快。

泰勒,p . c . et al(2022)流程驱动,跨模型传播,和前进道路:回顾放大北极变暖,地球科学前沿,biwei6868doi: 10.3389 / feart.2021.758361

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