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【世界气象日/寰宇炎凉:在厄尔尼诺事件的短期变率与气候变化趋势共同作用下,2023年创下全球观测史最暖年份】

众多全球表面温度(包括陆地表面气温与海洋表层温度)资料对2023年全年平均的分析结果均已出炉。所有资料均认为,2023年是自1880年有较详细仪器观测历史以来(下文简称“观测史以来”)全球最暖的年份。

———概括摘要部分结束,下文将是详细解说和部分疑问解答———

世界气象组织(WMO)综合多方资料后,确认2023年地表平均气温高出了1850-1900年均1.45 ± 0.12°C(图1)。我们随后列举WMO最为推荐的三个资料:英国大气科学中心(NCAS)与东英吉利大学(UEA)共同开发的HadCRUT5全球表面温度资料,美国航天局(NASA)的GISS再分析资料,和美国海洋与大气管理局(NOAA)的全球温度再分析资料,做进一步说明。

HadCRUT5资料认为,2023年全球平均表面温度高出完备工业化前(1851-1900年平均)1.46°C,为观测史最高值(先前最高纪录年份为2016年,高出完备工业化前1.29°C)。

GISS资料认为,2023年全球平均表面温度高于1951-1980年平均1.17°C,成为观测史以来最暖年份(图2-3)。

NOAA的全球温度再分析资料认为,2023年是1880年详尽观测史以来最暖的年份,高于20世纪平均约1.18°C(图4)。

三套资料的差异,集中在资料选取区域,部分原始数据来源和同化处理方式。值得注意的是,HadCRUT5和GISS资料包括了近数十年才有大量观测的南北极地区,其中北极地区在过去数十年来增暖速度显著高于全球平均(这被称作北极放大效应,主要机制为冰雪融化后,表面反照阳光能力下降而吸收更多热量与进一步升温,引发正反馈),但NOAA为了保持资料的连贯性,没有录入南北极地区。因而单论极地区域的影响,即使极地观测也有一定不确定性,纳入了极地资料的前两者数据,很可能更接近实际的全球平均结果。

在数年的时间尺度里,全球平均温度会受到厄尔尼诺/拉尼娜事件影响有“波动”(图5)。其中发生厄尔尼诺(拉尼娜)事件时,有利于全球平均气温偏高(偏低)。在2023年,由于存在强厄尔尼诺事件助推,全球平均气温出现了短期的显著偏高,大幅刷新观测历史最高值;但如果除去厄尔尼诺/拉尼娜事件的影响后,依然能看到人类活动为主导、让过去一百余年内全球平均气温总体的上升趋势仍在持续,再创新高或许只是时间问题。

而与此同时,深海的变暖依然在这片幽冥里继续。由于海洋的广阔和海水很大的比热容,全球气温持续升高相应的绝大部分增加的热量,都埋藏在了海洋深处。随着近些年对深层海洋探测的增加,我们发现不同于陆地和海洋表层的“小幅振荡”,深海的总热量是在持续增加,2023年也毫无悬念地创下了观测史以来,2000m以上深度海洋的温度与热量新高(图6)。这正是全球总热量持续增加,和气候持续变暖的重要证据。

与此同时,我国和全球多地在去年遭遇了众多极端天气与气候灾害。我国去年全年均温也创下了观测史新高(图7);此外台风“杜苏芮”本体和北上后残余环流(和其它中纬度系统共同影响),造成了东南沿海、华北、东北等地极端强降雨;初夏华北、黄淮等地也出现了多轮极端高温热浪过程。此外,欧洲、北美西海岸等地也经历了极端高温热浪、干旱过程。

—————我又是分割线—————

关于全球气候变化及其影响,可能还有一部分较为集中的疑问需要解答。

【Q1: 明明全球这么暖,为什么刚过去的冬季还是寒潮频发、雨雪冰冻灾害频现?】

A1: 首先要明确,这里的【暖】,是空间范畴很大(全球各地)、时间范畴也较长(一周年)的框架下,【平均温度偏高】的概念。

然鹅,气温的分布和变化,在时间和空间上都是很不均匀的!在更多的小范围、较短时间的天气系统影响下,各地天气各不相同,也有着不同的冷暖异常,其中会有一些地方存在短期的明显偏冷。
但,这些冷暖与风雨阴晴都没有被漠视,经过等权平均后都融入了这个全球平均的【偏暖】结果里。一隅大地的数日寒凉,和寰宇的期年偏暖并不矛盾;在这个角度上,我们不应一叶障目。

另外,过去的极端寒潮事件,很可能正是气候显著变暖的结果。前文提到过,北极地区变暖速度是显著高于全球平均(北极放大效应),使得北极和赤道的温差显著下降,导致了由其间热力差异引起的中纬度西风显著减速。而西风带会一定程度上阻碍极地-低纬度间热量交换,它的减速将导致这样的冷暖交换变得更加剧烈,极地的极寒气团也更容易南下,造成包括我国在内的北半球中纬度地区极端寒潮频发。

Q2: 根据地质历史时期资料推断,有许多比当前气温高的时段(图8)。那过去一百多年内,以变暖为主要特征的气候变化,就是和人类无关了?

A2:当!然!不!是!!!
原因在于:地质历史时期气温的显著变化,【都至少是数万年的变化】。这些数万年或更久的自然变化,来自地球轨道的变化,地质构造带来的沧海桑田等。

但是,上述深刻影响地球气候的自然因子周期太长,可以认为在这一百多年并没有明显变化。

虽然这段时间,也有着众多较短期的自然气候因子,但这些因子要么影响幅度太弱,或者本身周期很短,远不能解释【过去一百多年间持续、急剧升温,并出现地球历史上极罕见的极大升温速率】情形。

如经常被提及的太阳活动—的确,太阳活动峰值年和低谷年间,输送向地球的辐射强度有差异。但是,这个差异只有总辐射能的千分之一(图9)。代入地球表面能量平衡计算,只会影响到0.1°C左右;而且太阳活动的最显著周期是11年,不足以解释一百多年来的持续变化。

人类活动,包括二氧化碳等温室气体、气溶胶等的大量排放所造成的辐射平衡改变,和对地表的改造造成的反照率改变等等,在当前这个阶段,成为了影响气候的绝对重要的因素。这其中,最关键也最为人熟知的是温室气体排放。
其实温室效应并非人类所发明。绝大多数种类的温室气体,如二氧化碳、甲烷甚至水蒸气(这个经常被忽略),在人类出现之前早已存在,也发挥了温室效应的作用。它们部分地吸收由地表发出的红外辐射(气候学称作【长波辐射】),得以将部分热量存留下来,让这颗渺小星球有一定的温存和不息生机;如果我们完全去掉温室效应,地球将是一个平均气温-18°C的大冰球。

这些大气内的温室气体,可以经过海洋、陆地、生物过程等调控与循环;其中很多远古的碳,也以化石燃料之名沉睡在了深处。
但当人类进入工业化时代以来,这些沉睡的远古阳光,再次化身烈焰照耀了这个亿万年后的世界。伴随而来的,是二氧化碳为代表的温室气体浓度失控式增长。在当前,每年的二氧化碳浓度都也在不断刷新近300万年以来的记录;即使2020-2021年因疫情原因导致排放量下降,但总量依然出现了显著净增长。过去一百多年里,二氧化碳浓度的增加量完超出了过往上万年的成果(图10),可想而知当前的速率之大;而这些留存在大气内部的长波辐射能,也让全球气温在这一百余年间,完成了过往更久才能达到的升温幅度。
人类活动造成的地球表面系统辐射能改变,至少在【过去一百余年间】,成为了影响全球气候的最重要因子。

Q3: 所以全球气候变化会带来什么?只是平均气温的升高(比如冬季的缩短)、海平面升高么?

A3: 上面这些提到的是重要的【平均影响】。看起来它们幅度不大,但出现在短时、局地的极端过程中,就有着很严重的影响了。例如,先前难以出现的夏季极端高温,站在这个“垫高”的气温平台上,就更容易出现了。同理,海平面上升,会让以往一些不会超出保证潮位的风暴潮,变得更容易造成破坏。

但在讨论气候变化时,我们往往只注意到了平均的改变。的确,这是最重要的特征之一;然而除了总体平均值外,每个数据偏离平均值的程度—以方差来衡量,也是很关键的。实际上根据统计,气温、降水等要素的方差,在气候变化下是显著上升,这代表显著偏离平均值的极端事件频率发生了显著上升。如根据统计,北半球中纬度多数地区气温在过去数十年中不仅呈现显著上升,方差也有明显增大(图11),这表明更加偏离平均值的极端高(低)温事件,如极端热浪、寒潮都在增多,也会造成更严重的影响。

虽然多数极端事件影响范围和持续时间不是很大,但强度是非常极端的,对受影响区域则可能有破坏性影响;同时这一特点也导致其很难被完全预测。在这息息相关的寰宇,没有一个地方能独善其身;或许下一次极端天气事件,就在我们眼前。

曾经有一句流传很久的话:地球不需要被拯救,人类拯救的只是自己。在一定程度上,这句话很有道理:作为一个岩质星球,过往46亿年它经历了相当多的冷暖沉浮和沧桑变迁,人类文明在它眼中不过是微毫一瞬;但这微毫一瞬的急剧增暖,正是我们的全部。因此,我们也需要尽可能将自身对气候的影响降到最低;这不仅是延续我们的未来,也是延续和保护和我们同为地球的短暂过客,却又相遇在这刻时空的其他生灵们。

或许,寰宇广阔,已再无绝世桃源。

图1: 各主要资料对1850年以来全球平均表面温度分析的时间序列。基准值为1851-1900年平均。

图2: NASA的GISS资料分析得出的全球平均温度自1880年以来的演变,基准为1901-2000年平均(下同)。
图3: GISS资料绘制的全球各地表面平均温度相对于基准值的偏差,正值代表较基准值偏高。

图4: 同图2,但为NOAA资料绘制。

图5: 标注了厄尔尼诺年(红色)/拉尼娜年(蓝色)/中性年(灰色)的全球各月平均气温序列,基准值为1981-2010年平均。

图6: 1958-2023年全球海洋上层2000米热含量变化时间序列(上图为中科院大气所数据,下图为美国NOAA数据)。图片来源自参考文献1

图7: 我国1951年以来全年平均温度变化

图8:寒武纪以来全球平均气温的推断,以当前气温为基准

图9: 1975-2005年地球大气层上界观测到的太阳辐射能变化。

图10: 由冰芯推断的80万年以来全球二氧化碳浓度变化。

图11: 1961年以来北半球夏季温度的样本分布。

参考文献:

1. Cheng, L. J., J. Abraham, K. E. Trenberth, T. Boyer, et al. 2024: New record ocean temperatures and related climate indicators in 2023.  Adv. Atmos. Sci., https://t.cn/A6TLRyL5

2. GISTEMP Team, 2023: GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP), version 4. NASA Goddard Institute for Space Studies. https://t.cn/EKNb4VY

3. Morice, C.P., J.J. Kennedy, N.A. Rayner, J.P. Winn, E. Hogan, R.E. Killick, R.J.H. Dunn, T.J. Osborn, P.D. Jones and I.R. Simpson (in press) An updated assessment of near-surface temperature change from 1850: the HadCRUT5 dataset. Journal of Geophysical Research (Atmospheres) doi:10.1029/2019JD032361

4. NOAA National Centers for Environmental Information, Monthly Global Climate Report for Annual 2023, published online January 2024, retrieved on Mar 23, 2024 from https://t.cn/A6CrbmiP

5. WMO. Climate change indicators reached record levels in 2023. Published online on Mar 19, 2024.

颜色的旅行

从街头的热闹气球到宁静沙滩上的红伞,再到市集一隅的温暖南瓜。

Julie Brix十分擅长发现日常生活中隐藏的诗意。她的摄影作品常常捕捉到简单而平凡的瞬间,却通过细腻的构图和明暗对比,赋予这些瞬间非凡的意义和美感。

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作品信息
名称:《Palermo》《Mondello》《Beach Time》
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图:The Poster Club

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