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巴西地平线上的雷暴
巴西地平线上的雷暴。 来源:美国国家航空航天局。
客人的帖子
2016年11月8日十六23

嘉宾帖子:科学家如何预测2016年二氧化碳浓度将突破400ppm

理查德·贝茨

理查德·贝茨

08.11.2016 | 4:23pm
客人的帖子 嘉宾帖子:科学家如何预测2016年二氧化碳浓度将突破400ppm

贝茨教授理查德。是英国气象局哈德利中心气候影响研究负责人,埃克塞特大学气候影响研究主席。

20世纪50年代末,大卫·基林开始测量大气CO2在夏威夷的莫纳罗亚天文台,其浓度约为百万分之315。2016年,它首次超过400ppm。

尽管400ppm本身并没有什么物理意义——它并不反映气候系统中的任何实际阈值——但它提醒我们人类对气候的影响越来越大。

像一个10th或100th生日,板球运动的一个世纪,或者千禧年,我们注意到数字的巨大变化,它动摇了我们正在发生变化的意识。

随着排放量持续上升,我们的排放量超过百万分之400只是时间问题。但是准确地预测它发生的时间对我们了解气候和碳循环如何相互作用是一个有用的测试。事实证明,我们得到了几乎在

林曲线

不久之后,基林开始测量CO2,两个特征开始在标志性的“林曲线”。首先,有一个明显的季节性波动,在5月达到峰值,比9月的低点高出约5ppm。

其次,整个周期每年向上移动约1ppm。平均而言,有限公司2浓度上升。60年过去了,这些特征依然强大。

2016年全年,莫纳罗亚的大气二氧化碳浓度首次保持在400ppm的象征性里程碑之上,包括9月份的季节性最低浓度。来源:加州大学圣地亚哥分校

2016年全年,莫纳罗亚的大气二氧化碳浓度首次保持在400ppm的象征性里程碑之上,包括9月份的季节性最低浓度。来源:加州大学圣地亚哥分校

季节波动和CO2受精

工厂吸收二氧化碳2在春季和夏季的生长季节。由于赤道以北有更多的土地和植被,所以二氧化碳在那里2随着植物从大气中吸收,其浓度会下降几个月。随着秋冬生长结束,叶子掉落分解,增加CO2一次。

在较长的时间内,二氧化碳含量越高,植物生长越旺盛,这一过程被称为二氧化碳施肥。全球范围内,随着CO的增加,植被的碳储量和叶覆盖也在增加2

这种“全球绿化”在地球系统建模的早期就被预测了,多年来一直在科学论文和IPCC中报道。

Betts_Carboncycle

然而,随着时间的推移,二氧化碳含量的上升变得越来越明显2每年都不一样。一般来说,公司2在20世纪50年代之后的几十年里,这一水平一直在加速。在20th世纪最快的年度CO21997-1998年每年上升2.9ppm。

有趣的是,21世纪的前15年到了本世纪,二氧化碳的上升速度停止了加速,并稳定在每年2.1ppm左右。这是一个关于新的研究由特雷弗·基南博士及其同事于今天发表。他们建议二氧化碳浓度加速的“停顿”部分是由于同一时期全球平均表面变暖对呼吸作用的暂时减缓,植物和土壤释放CO的过程2

因此,随着二氧化碳的持续增加,它对植物的施肥作用继续,但呼吸作用减弱了一段时间,增强了整体的土地碳汇。

然而,值得注意的是,CO2在这一时期仍在上升,只是上升是稳定的,而不是像前半个世纪那样加速。

厄尔尼诺效应

二氧化碳增加更快2一年与另一年的变化也可能与El Niño紧密相关,El Niño是一种被称为El Niño/南方涛动(ENSO)的突出气候现象的一部分。

当El Niño发生时,CO2倾向于上升更快。这在很大程度上是因为热带地区温暖、干燥的条件削弱了碳汇。大范围的森林火灾,例如1997/98年印尼厄尔尼诺(El Niño)期间的森林火灾,导致了额外的排放。

在相反的条件下,称为a La Niña,碳汇往往更强,大气CO2更少的快速上升。即便如此,公司2浓度上升是因为更强的碳汇仍然不足以抵消人类排放。

下图显示了年度CO之间的强统计关系2El - Niño和La - Niña的强度,由热带东太平洋的海表温度量化。

上图:人为CO2排放(粗黑线);利用预测(橙色线和条形图)和观测的年平均海表温度(绿色条形图)对2016年的CO2增长率(细黑线)和预测。下图:Niño 3.4区(灰色阴影区)年(4 - 3月)平均海温异常及其中位数(黑线区)。来源:Betts等人(2016)

上图:人为CO2排放(粗黑线);利用预测(橙色线和条形图)和观测的年平均海表温度(绿色条形图)对2016年的CO2增长率(细黑线)和预测。下图:Niño 3.4区(灰色阴影区)年(4 - 3月)平均海温异常及其中位数(黑线区)。资料来源:Betts等(2016)

通过400ppm里程碑

知道了这一切,怎么能帮助预测我们何时会突破百万分之400的大关呢?

2014年,CO的季节性波动2浓度首次超过400ppm。当夏天的绿意袭来时,它们很快又回落了。但是一个象征性的门槛已经达到了。它被永久地通过只是时间问题。根据最近几年的情况来看,这似乎还需要三年的时间。但在2015年,事情又发生了变化厄尔尼诺现象出现

2015年,公司2这一年的大部分时间都保持在400ppm以上,这是年平均浓度首次超过这一象征性阈值。然而,正如预期的那样,9月份的最低浓度仍然低于400ppm。

拉尔夫·基林(大卫·基林的儿子,斯克里普斯研究所莫纳罗亚测量项目的负责人)看到了大厄尔尼诺现象的预报Niño预测我们会看到一个大的指挥官2在接下来的几个月里,浓度将会上升,以至于在接下来的9月份,浓度将会超过400ppm——比预期早了一年。

这给科学家们提供了一个很好的机会来检验我们的理解。在与拉尔夫的合作下,我们在英国气象局哈德利中心的团队结合了来自气候科学两个通常独立的领域的技术——季节预报和碳循环研究——来预测CObiwei68682浓度为2016。

2010年以来莫纳罗亚的月平均二氧化碳浓度,以及观测和后转/预测的年平均浓度(黑色和橙色星星和中央实线)。来源:Betts等人(2016)

2010年以来莫纳罗亚的月平均二氧化碳浓度,以及观测和后转/预测的年平均浓度(黑色和橙色星星和中央实线)。资料来源:Betts等(2016)

我们利用气候模式对未来6个月的海表温度进行常规预测,并将此数据与过去6个月的海表温度观测数据结合,应用统计关系作出预测。

因此,我们预测了同比增长最快的CO2比2015年上升了3.15±0.53 PPM。这比最近几年的El Niño要大,也比1997/98年的El Niño要大,因为自那以后人类的排放量增加了。现在的排放量比上世纪90年代末高出约20%。

这反过来又给了我们一个平均CO的预测22016年浓度为404.45±0.53 ppm。假设季节循环与前年相同(粗略但必要的简化),我们预测2016年5月的最大值为407.57±0.53 ppm, 9月的最小值为401.48±0.53 ppm。5月份的实际浓度为407.65 ppm,这证明我们的预测几乎是正确的。

九月,观测到的CO2浓度为401.01,略低于我们的中心预测,但仍在我们公布的不确定性范围内。正如拉尔夫首先预测的那样,然后通过我们的系统方法,2016年9月CO2莫纳罗亚的二氧化碳浓度确实首次超过400ppm。

Betts_Table

反馈

除了400ppm的象征意义之外,成功预测它的消失也值得思考。

就我个人而言,我觉得非常了不起的是,我们能够预测大气中一种气体的浓度,这是在近一年前在地球表面的一个特定点测量出来的。我们的气候模型能够提前6个月预测海洋表面温度,这足以给出一个准确的预测。

记录的预测2上升,二氧化碳浓度异常稳定的上升2在此之前,也说明了气候系统中反馈的潜力。虽然上涨有限公司2正在推动持续的全球变暖趋势,这种趋势的变化正在对植物和生态系统造成影响,而植物和生态系统本身也会影响二氧化碳2上升。

随着全球气候持续变暖,我们预计将看到对生态系统的进一步影响,可能导致对气候变化的反馈。如果最近全球表面变暖的“放缓”正在逆转,近年来看到的更强的陆地碳汇可能会再次减弱,CO的上升2可能再次加快。

因此,尽管陆地和海洋上的天然碳汇已经使我们免受碳排放的全面影响,但我们不应想当然地认为这种情况会无限期地保持在同一水平。至关重要的是,世界越变暖,阻止进一步变暖就越困难,因为我们的二氧化碳2按比例来说,碳排放可能产生更大的影响,而天然碳汇可能变得更低效。

如果世界各国真的想阻止全球变暖,二氧化碳的上升2浓度也需要停止。这意味着CO的年度变化2浓度——通常每年2ppm,今年大约3ppm——需要变成零。也就是说,碳汇需要平衡资源。根据我们目前对碳循环的了解,我们离开的时间越长,这项任务就会越困难。

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