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爱荷华州亨利县的日落,伴随着森林大火带来的阴霾和烟雾
爱荷华州亨利县的日落,伴随着森林大火带来的阴霾和烟雾。 图片来源:Keith Turrill / Alamy Stock Photo。
气候状况
2021年10月19日18:21

气候状况:2021年夏季陆地平均温度创下新高

齐克Hausfather

10.19.21

齐克Hausfather

19.10.2021 | 6:21pm
气候状况 气候状况:2021年夏季陆地平均温度创下新高

到目前为止,今年是极端的一年,以打破记录的热浪、野火和洪水为特征,以及全球陆地记录中有史以来最温暖的北半球夏季——6月、7月和8月。

总体而言,世界正步入有记录以来第五至第七最热的年份——这取决于所检查的数据集以及一年最后三个月的表现。

今年有一个相对寒冷的开始,由于残余拉尼娜现象活动将在2020年底和2021年初举行。随着La Niña条件的重新出现,过去几个月温暖的陆地温度被较冷的海洋温度抵消了。

今年不会创造新的全球气温记录——但是,即使在一个变暖的世界里,大多数年份也不会。考虑到过去50年的长期变暖趋势,气温最终将在预期水平附近结束,这与气候模型的预测一致。

今年前9个月,主要温室气体——二氧化碳、甲烷一氧化二氮-在大气中。北极海冰面积在今年的大部分时间都很低,但在夏末有所恢复,创下了有记录以来的第12个最低水平。

地球陆地有记录以来最温暖的夏天

2021年夏天出现了这种情况极端高温事件,极端降雨和洪水,灾难性的森林大火以及世界各地的其他极端事件。(在《碳简报》(Carbon Brief)中对此进行了深入讨论必威手机官网帖子上个月发表的)。

有了截至夏末的数据,《碳简报》现在可以确认,2021年北半球的夏天是世界陆地地区有记录以来最热的夏天,也是第四最热的必威手机官网夏天地球作为一个整体(海洋、陆地和空气)有记录的6 - 7 - 8月期间。

虽然全球气温是气候变化的一个关键指标,但人类没有经历过全球平均气温。陆地地区平均比整个世界变暖的速度快50%左右,高纬度地区变暖的速度更快。

下图显示了从6月到8月的气温伯克利地球数据集1850年至2021年。每个红点代表三个月的平均温度。

夏季6月,7月,8月伯克利地球的平均地表温度
北半球夏季(6月、7月、8月)陆地表面平均温度从伯克利地球.根据1850-1900年的基线绘制出异常。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

在1975年之前,6月、7月和8月的陆地平均温度相对平稳,仅上升了0.2摄氏度左右。今天,这三个月的陆地温度比工业化前的水平高出1.5摄氏度左右,其中约1.3摄氏度的变暖发生在过去45年。

2021年夏季的异常温度并非都是热的。一些地区的气温打破了记录,而另一些地区的气温接近平均水平——尽管一些地区的气温也低于平均水平。

下面这张来自伯克利地球的地图显示了2021年6月至8月的全球气温。

夏季6月、7月、8月平均地表温度地图
提供的夏季(六月、七月、八月)平均地表温度地图伯克利地球

北美西北部、东欧、中东、北非和西伯利亚都经历了异常温暖的气温。中国、撒哈拉以南非洲、南美洲和澳大利亚略高于平均水平,而中美洲和印度的部分地区低于平均水平。(该平均值被定义为伯克利地球使用的1951-80年基线周期)。

比过去几年要冷,但仍接近历史最高温度

必威手机官网碳简报分析了六个不同研究小组报告的全球地表温度记录:美国国家航空航天局美国国家海洋和大气管理局英国气象局哈德利中心/东安格利亚大学伯克利地球卡谭和方式;和哥白尼/ ECMWF

下图显示了自1970年以来每年的温度异常——相对于1981-2010年平均温度的变化——以及2021年前9个月的平均温度。

(注:在撰写本文时,哈德利/东阿大学或伯克利分校的地球温度记录还没有9月份的数据,所以这些数据集显示了前8个月的平均值。)

全球年平均地表温度以及2021年迄今的温度
年全球平均地表温度美国国家航空航天局GISTEMPNOAA GlobalTemp哈德利/ UEA HadCRUT5伯克利地球哥白尼/ ECMWF(线),以及2021年迄今的温度(1月至9月,彩色圆点)。根据1981-2010年的基线绘制出异常。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

地表温度记录显示,自1970年以来,全球变暖约1摄氏度,每十年升温约0.19摄氏度。由于使用不同的观测结果,不同数据集的结果略有不同,调整随着时间的推移,测量技术的变化,以及用于填补测量间隙的方法。

下图显示了到目前为止,2021年的温度(黑线)与NASA GISTEMP数据集中的前几年的对比情况。它显示了从1月到全年的平均气温,今年迄今为止每个月的气温。

从2013年到2021年每个月的年初至今温度
从2013年到2021年每个月的全年气温美国国家航空航天局GISTEMP.根据1981-2010年的基线绘制出异常。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

到目前为止,2021年与2015年和2018年并列第五最热。今年年初的气温比往年低,但过去几个月的气温升高使年初至今的气温有所上升。然而,随着热带太平洋地区La Niña事件的增多,气温是否会保持相对温暖仍有待观察。

下表显示了2021年每个月在所有检查的数据集上的排名情况——“第二”表示该月有记录以来第二最热的温度发生在2021年。Hadley和Berkeley的历史可以追溯到1850年,NASA和NOAA的历史可以追溯到1880年,哥白尼/欧洲中期天气预报中心的历史只能追溯到1979年。

哈德利/ UEA HadCRUT5 美国国家航空航天局GISTEMP NOAA GlobalTemp 伯克利地球 哥白尼/ ECMWF
1月 9日 8日 7日 6日 6日
2月 15日 15日 16日 16日 12日
3月 9日 7日 8日 9日 9日
4月 7日 8日 9日 7日 7日
五月 9日 8日 6日 8日 5日
小君 6日 3日 5日 3日 5日
7月 4日 2日 2日 3日 3日
8月 6日 6日 6日 5日 3日
9月 2日 5日 2日
不同数据集上2021年气温按月排名。

与近年来相比,2021年2月的全球气温异常凉爽,是有记录以来第12至16个最热年份。然而,与之前的大多数年份相比,2月份仍然比较温暖——自19世纪中期有记录以来,除了15年左右的时间外,所有年份的2月份都比较冷。

到2021年6月,气温明显变暖,6月至9月的每个月都在有记录以来的第2至第6个最热月份之间,尽管2021年全球整体气温没有创下新的纪录。

一个正在成长的La Niña

El Niño和La Niña事件-统称为El Niño南方涛动,或ENSO -是除长期地表变暖趋势外,每年变化的主要驱动因素。ENSO事件的特征是温度的波动在热带太平洋的海洋和大气之间,这有助于使一些年份变暖,一些年份变冷。

El Niño年的气温往往高于平均水平,而La Niña年的气温往往较低。通常会有一段时间的滞后三个月在热带太平洋的ENSO条件达到顶峰和它们对全球温度的影响最强烈之间。

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2020年末和2021年初出现了温和的La Niña条件,导致2021年初全球气温相对较低。在9月和10月回到温和的La Niña之前,ENSO在春季和夏季的大部分时间都是中性的。

现在的模型预测,La Niña中度至中度的气候状况将持续到2022年第一季度。这可能导致2022年的气温也会比过去几年略低,尽管现在下结论还为时过早。

下图显示了一个范围ENSO预报模型由不同的科学小组制作,每个模型类型的平均值用红色、蓝色和绿色的粗线表示。0.5C以上的正值反映El Niño条件,-0.5以下的负值反映La Niña条件,两者之间的值代表ENSO中性条件。

厄尔尼诺南方涛动预测模式在尼诺3.4区域的三个月周期
El Niño南方涛动(ENSO)预报模式在3个月的周期Nino3.4地区(三月,四月,五月-马姆-等等)。信贷:CPC / IRI ENSO预测

预计今年将是有记录以来第五热的一年

碳简报利用今年前9个月的数据,加上过去和未来的ENSO情况预测,根据每种不同的表面温度记录,预测了2021年的温度最有可能在哪里着陆。必威手机官网

结果如下表所示,在每个数据集中,该年最后成为有记录以来第五、第六或第七最热年份的概率显示。随着今年前三个季度的数据公布,任何地表温度记录几乎不可能显示2021年高于有记录以来第五最热的年份,或低于第七最热的年份。截至2021年9月发表时,HadCRUT5或伯克利地球数据集尚未获得数据。

哈德利/ UEA HadCRUT5 美国国家航空航天局GISTEMP NOAA GlobalTemp 伯克利地球 哥白尼/ ECMWF
5日 0% 0% 72%
6日 25% 79% 12%
7日 75% 21% 16%
每个数据集2021年温度等级的估计概率,最可能的结果用粗体表示。注意,这些概率并不包括每条记录的测量不确定度,只是最好的估计。缺失值代表的是尚未报告9月份气温的数据集。本文将在发布后进行更新。

虽然所有三个数据集对2021年的年气温都做出了类似的预测,但有细微的差异导致了不同的排名。在美国国家航空航天局数据集中,今年很可能是有记录以来最热的第7个年份,在美国国家海洋和大气管理局(NOAA)中最热的第6个年份,在哥白尼/欧洲中期天气预报中心(ECMWF)中最热的第5个年份。

下图显示了哥白尼/ECMWF ERA5的2021年迄今的温度和2021年的年预估温度(不确定),以及基于1979-2020年数据的长期温度趋势。虽然2021年的气温将低于过去几年的许多年份,但它们与人类排放二氧化碳和其他温室气体造成的长期变暖趋势相当一致。

根据1981-2010年的基线,哥白尼ECMWF绘制了全球平均地表温度的年异常。
全球年平均地表温度异常哥白尼/ ECMWF根据1981-2010年的基线绘制。到目前为止,2021年的价值包括1月至9月。根据1979 - 2020年1 - 9月气温与年气温的关系估计2021年的年值。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

随着每个月新增数据的增加,预计2021年全年气温的不确定性会减少,因为剩下的几个月可以改变平均值。下图说明了这一点,显示了2021年年气温的最佳估计值(红色)和不确定范围(黑色须)都随着每增加一个月的数据而发生变化。

年度全球- -表面平均气温从哥白尼- ecmwf - 2016和- 2020
年全球平均地表温度哥白尼/ ECMWF2016年(蓝线),2020年(黑点)和一年中每个月的预测(红点和黑须)。图表由Carbon必威手机官网 Brief提供。

当前温度与模型预测一致

气候模型根据对未来排放、温室气体浓度等的不同假设,提供基于物理学的未来变暖估计climate-influencing因素

下图显示了在政府间气候变化专门委员会的(IPCC)第五次评估报告-被统称为CMIP5模型——在1970年到2030年之间,灰色阴影和所有模型的平均投影显示为黑色。个别观测温度记录用彩色线表示。

在这些模型中,2005年之前的温度估计值是利用过去已知的气候影响进行的“后报”,而2005年之后的温度估计值是基于对事物可能如何变化的估计进行的“预测”。

CMIP5模式和1970年至2021年期间的12个月全球平均地表温度
全球12个月平均地表温度CMIP5模型以及1970年至2021年间的观测结果。模型使用2005年以后的RCP4.5强迫。它们包括海洋表面温度和陆地表面空气温度与观测结果相吻合.根据1981-2010年的基线绘制出异常。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

虽然2005年至2014年期间,全球气温的上升速度略低于气候模型预测的速度,但过去几年的情况相当不错接近模型平均值.这对于全球完整的温度记录,如HadCRUT5、美国宇航局、伯克利地球和哥白尼/欧洲中期天气预报中心的再分析,其中包括对整个北极的温度估计。

温室气体浓度创历史新高

由于化石燃料、土地使用和农业的人类排放,温室气体浓度在2021年达到新高。

三种温室气体——二氧化碳、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)——是人类活动捕获的大量额外热量的罪魁祸首。到目前为止,二氧化碳是最大的因素,约占全球气候变化增加量的50%。”辐射强迫“从1750年开始。甲烷占29%,N2O约占5%。剩下的16%来自其他因素,包括一氧化碳,黑碳卤烃,例如氯氟烃。

人类排放的温室气体使大气中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的浓度增加到至少在2001年的最高水平几百万年——如果不是更久的话。

下图显示了这些温室气体的浓度百万分之(ppm),甲烷和一氧化二氮(ppb),从20世纪80年代初到2021年7月(现有的最新数据)。

二氧化碳,甲烷和一氧化二氮的全球浓度
全球二氧化碳、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)浓度。基于NOAA的数据地球系统研究实验室.注意y轴不是从0开始的。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

大气中CH4的浓度在经历了1999年的高原之后,于2006年再次开始增加。自2014年以来,它进一步加速,以每年8ppb的大致线性增长。与CO2和N2O不同,CH4的大气寿命相对较短,不会长期在大气中积累。这意味着,根据初步估计,大气中CH4的水平与过去十年的排放水平直接成正比。

如果排放保持平稳,则大气CH4将保持平稳,而排放增加则以大气CH4增加为表现。另一方面,如果CO2和N2O的排放量保持不变,大气中的浓度将继续增加。

虽然随着时间的推移,大气去除CH4的能力发生了一些变化(通过与哦,分子),以及近年来甲烷浓度的上升强烈建议全球甲烷的排放量也在增加。

北极海冰处于历史最低水平

自上世纪70年代末极地观测卫星问世以来,对北极和南极海冰进行了高度精确的观测。在2021年上半年的大部分时间里,北极海冰范围都处于极低水平,6月和7月的部分时间都创下了新纪录。

夏季的最低气温通常出现在9月底史上第12低.迄今为止(今年前289天)的平均北极海冰面积是有记录以来第九低的。2021年前10个月,南极海冰范围接近长期平均水平。

下图显示了2021年北极和南极的海冰范围(实红线和蓝线),1979年至2010年的历史范围(阴影部分)和记录低点(虚线部分)。与全球温度记录不同的是,海冰数据是每天收集和更新的,使海冰的范围可以一直观察到现在。

来自美国国家冰雪数据中心的北极和南极每日海冰范围
北极和南极每天海冰的范围美国国家冰雪数据中心.粗线显示2021年的日值,阴影区域表示双标准差范围从1979年到2010年的历史价值。黑色虚线表示每一极的最低记录。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts

然而,海冰的范围只是故事的一部分。除了冰的范围不断缩小外,与过去覆盖该地区的冰相比,现在仍然存在的海冰往往更年轻、更薄。

下图使用了来自泛北极海冰模拟和同化系统(PIOMAS),显示了1979年至2021年之间每年的北极海冰厚度。在过去的几十年里,海冰的数量有明显的下降趋势。

1979年至2021年9月北极海冰体积异常
从1979年到2021年9月北极海冰体积异常PIOMAS

方法论的注意

一个多元回归统计该模型用于估计提供温度记录的每一组2021年可能的年温度范围。该模型使用了一年前9个月的平均气温、最近的月温度值(2021年9月)、平均值ENSO 3.4区域值在一年的前9个月,预测的平均ENSO 3.4值在一年的最后三个月,以估计年温度。该模型训练了1950年至2020年(或1979年至2020年)期间这些变量与年气温之间的关系哥白尼/ ECMWF再分析数据集).然后,该模型使用这种拟合来预测每一组最可能的2021年值,以及95%置信区间。预测的2021年最后三个月的ENSO 3.4区域值取自NMME模式平均预报

通过使用回归模型的输出估计2021年不同年份排名的可能性百分比,假设a正态分布的结果。这使我们能够估算出2021年可能出现的值有多少百分比高于或低于每个群体前几年的温度。

更新:本文于2021年10月22日更新,澄清“夏季”温度指的是北半球的夏季(6月、7月和8月)。

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