经过四年的劳动力和详细讨论,一个国际科学家小组,我们能够量化比以往更好的全球表面温度如何回应二氧化碳含量增加。
我们的研究结果,发表在地球物理评论狭窄的可能范围”,平衡气候敏感性”(ECS)——衡量多少世界可以温暖一倍的二氧化碳工业化前的水平。
约束ECS气候科学仍然是一个圣杯自从美国气象学家biwei6868朱利恰尼提出了一个可能的范围的1.5至4.5摄氏度1979年的报告。他的估计主要是基于世界上第一个两个全球气候模型,使不同的估计2 c和4 c时执行一个简单的实验,大气中的二氧化碳含量翻了一倍。
自那以来,尽管经过40多年的研究,大大提高对大气过程的理解,以及更多的详细观察,这个范围有顽固地坚持。
现在,汇集证据从观察到的变暖,地球的遥远的过去和气候模型,以及气候的科学认识的进步,我们的研究表明,ECS的范围可能是2.6度和4.1度之间。
这缩小范围表明,人类社会将无法依靠低灵敏度给我们更多的时间来应对气候变化。但这个云中的一线希望是,我们的研究结果还表明,很高的ECS估计不太可能。
顽固的广泛
是多么敏感地球气候的增加大气中的二氧化碳是气候科学的基本问题。biwei6868它规定多少地球表面将温暖的回应人为二氧化碳排放。
大气中二氧化碳的浓度增加了从工业化前的水平280(ppm)今天的416 ppm左右。没有行动,减少排放,浓度可能会达到560 ppm -工业化前水平的两倍2060年左右。
然而,估计范围ECS仍顽固地宽。的政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4),得出的结论是,在2007年发表的ECS可能——在联合国政府间气候变化专门委员会的语言,这意味着> 66%的机会——2.0度和4.5度之间。这表明估计低于2摄氏度不太可能最后表示,正在取得一些进展。
然而,这种改进是IPCC的逆转第五次评估报告(AR5)在2013年恢复了规范1.5至4.5摄氏度的范围可能估计。
为什么会出现这种逆转呢?自2000年代以来,ECS不仅仅是来自的估计气候模型,他们从研究过去气候的估计(“古气候学”),从解释基于历史观测的温度变化,以及研究潜在的气候反馈过程。
时AR5报告被写,基于历史的估计出来了ECS的最佳估计2摄氏度左右。相比之下,估计过程的理解和建模支持恰尼范围的上端。虽然范围有重叠,这种差异估计基于观察到的气候变化一方面和理解和建模的过程管理气候敏感性是令人担忧的。
自2013年以来,已经有科学家的共同努力去理解为什么估计不同的技术细节,并将第一个初步迈向调和不同的估计不同的证据。
我们新的研究说明了这种改进的理解不同,独立证据之间的关系,并允许他们正式结合地方限制ECS比任何先前的整体评估。
可能的范围
我们的研究表明可能ECS范围是2.6摄氏度到4.1摄氏度,略高于3 c的最佳估计。在这个范围之外,我们找到一个ECS的低于5%的几率低于2摄氏度和6 - 18%的几率高于4.5摄氏度。
我们也生产估计“有效的气候敏感性”——一个稍微不同的测量从ECS - 2.6到3.9摄氏度。(ECS估计一旦气候变暖已达到平衡后的二氧化碳水平翻了一番。这是有时不切实际的评估和模拟,因为气候可能需要数千年真正达到平衡。有效的气候敏感性是一种常见的解决方案,通常意味着全球变暖后150年增加一倍的二氧化碳)。
乍一看,这看上去不像是一个巨大的进步在过去的政府间气候变化专门委员会报告,但是,事实上,它有重要意义对气候科学的理解和我们的信心在21世纪的预计范围变暖。biwei6868
下面的图表显示了ECS可能从我们的研究(黑色和灰色的盒子),相比之下AR5(蓝色)和估计的全系列第五(黄色)和第六(橙色)耦合模型相互比较项目(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)。
我们的研究产生一个窄范围首先确定和解释每一行的证据是否能够限制——限制——可能ECS。我们仔细检查三个不同的证据:理解反馈过程;的历史观察温度变化;和古气候重建过去气候变化。
第二,我们的工作正式结合这三个估计,生产中心估计略高于3 c的ECS。它还提供了额外的限制ECS的范围:给予90%的几率估计在2.3摄氏度和4.7摄氏度之间。离开了任何一个证据或使用不同的统计方法给出了一个“健壮”有效的灵敏度估计的2.0度和5.7度之间。
这些约束意味着我们现在可以比较这个范围从气候模型估计,它没有直接的证据。一些气候模型有很高的ECS相比我们的范围,他们会高估未来气候变暖水平在一个给定的排放途径。同样,如果低于我们的范围,他们很可能低估了未来的气候变暖。
结合证据
反馈过程的一个重要因素地球如何回应二氧化碳水平上升。既有积极的反馈——那些加强气候变暖——和消极的——那些抑制气候变暖。积极反馈的一个例子是,当气候变暖会导致冰雪融化,雪意味着更少的阳光反射和更多的被吸收,从而导致更多的变暖。
我们从观察,考察了证据理论,详细的模拟和气候模型。我们的分析表明,ECS估计低于2摄氏度需要云对全球变暖的负面反馈,我们发现很不可能的。因此,这些证据就可以排除估计ECS低于1.5摄氏度。
观察到的变暖到目前为止是进一步的证据。我们已经经历了大约1 c的变暖没有二氧化碳浓度加倍。这一发现使得ECS的值小于2 c的可能性很小。然而,一个好的估算出来的ECS历史证据被量化的困难阻碍了气溶胶的降温效果——从空气污染和火山——认识,反馈过程可能是几十年来以不同的方式比他们预计将在长期运作。这使得它很难排除高值的ECS仅从历史数据。
古气候的第三行是我们检查的证据。自然气候变化发生在地球遥远的过去还可以帮助限制ECS如果足够的信息是可用的。我们发现两个最丰富的时期是最后冰川最大(大约20000年前),大约是3 c - 7 c比今天冷和中新世时期的温暖(约1 c 3 c比今天暖和),这发生在约三百万年前。给冷却的限制在最后的冰河时代最好的单一的证据表明高ECS值不太可能。
这些限制ECS变得更加健壮的证据时同时治疗,使合并后的证据开始排除高和低ECS值…
排除了ECS值高:如果真ECS值超过4.5 c,云反馈需要放大比建议通过卫星数据。未来的反馈也需要比他们更放大了历史时期。此外,地球冰盖的变化和沉积的灰尘在干燥条件下需要的最后的冰河时代已经严重高估了。
排除低ECS值:如果真正的ECS值小于1.5 c,一个意外的新强烈冷却云反馈过程需要被发现。气溶胶需要也贡献了接近于零的冷却效果,甚至在历史时期对气候变暖的影响。此外,全球变暖估计上新世中叶的需要被高估了。
我们考虑所有的证据的可能性被执行的一套统计测试错误。我们的测试也评估了依赖特定的证据。这些测试让我们解决最后展示的ECS的范围,但只有在很多数学和视频会议讨论。
下面的图表显示了每一行的结果的证据在隔离,每个框表明有效的气候敏感性的50%的可能范围。
与模型
在本文前面的图显示,一些CMIP6模型是本文给出的ECS范围外,高和低的目的。
我们的工作表明,模型与ECS以外的范围不太可能代表真正的ECS,可以,因此,会高估或低估未来的温度变化。
然而,我们的研究是不明确的,仍有空间统计值在高端ECS,特别是,受约束的,因为这是不如我们的低端。因此,我们的工作不能完全排除这些高端车型。
此外,其他的研究已经发现,在许多方面模拟ECS高值提高。因此,它仍然是一个有用的预防措施包括这些高ECS模型在评估未来的风险。
舍伍德,s . et al。(2020)评估地球的气候敏感性使用多个证据,地球物理学评论doi.org/10.1029/2019RG000678