主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？23 气候模型 -- 橡树村
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？26 现代气候归因 上
先讲几句IPCC报告之外的东西。因为前两个月北半球一些地区的寒冬，于是不少人就开始嚷嚷全球变冷，甚至理论都出来了。不过实际数据似乎并不支持全球这个期间变冷的结论，甚至都不支持北半球变冷的结论。前面我给出过一个卫星测量的全球平均气温的数据，说2010年的一月份，是1978年以来全球平均气温最高的，很多人自然不服气。下面这个图是另一个数据源对全球各个地区2010年一月份平均气温的展示，大约可以更加直观地说明问题。
2010年一月与之前两个最暖的一月的全球气温分布比较
这个图显示所谓北半球的寒冬，只不过就是欧亚大陆的一部分，美国东南部，以及北太平洋，北大西洋一些地区的低温。实际上，在其他很多地区，一月份平均温度都高于1951到1980年的平均值，甚至有很大面积区域的高温异常超过了4摄氏度。图上可以很直观地看出变暖的面积和程度都是超过了变冷的面积和程度的，这样全球平均一月份实际上是高温的结果，就并不令人吃惊了。只不过这些严寒都发生在人口密集的区域，非常引人注目，而高温的区域很多都是人迹罕至的地方，没人替他们发牢骚。不过不能因为欧美人声音大，天天在新闻上喊冷，就判断这个期间全球都在变冷，也不能因为高温往往发生在人少的地区就被忽略掉。
已经有人声称全球气温变化进入拐点云云。这方面，IPCC的AR4的数据只统计到2005年，不能提供对最新问题的解释。不过最近几年是不是出现了一些人声称的严寒呢？下图是一组全球年平均气温的数字，可以看到在21世纪，全球年平均气温仍然继续保持高位，明显高于1990年代，更高于此前上百年的平均气温，也看不出什么下降趋势。还是前面讲的，鉴于这个期间大自然的因素实际上有可能导致了使得全球变冷的倾向，正如河内PBS对太阳黑子变化所进行的分析，那么实际上观测到的全球平均气温继续保持在高位的现象，只能是人类活动引起的。
全球平均气温异常
好了，下面接着讲现代气候现象的归因。
地球表面的内能主要都集中在海洋。前面讲过，从1961年到2003年，世界海洋内能增加了14.2 X 10^22焦耳，与其他地表的内能变化相比，至少高出一个数量级。研究者对各个洋盆700米以内海水的内能变化情况进行了计算，结果显示在下图。红点表示的是各个洋盆不同海水层面的升温幅度，蓝色的斜线显示只考虑自然因素影响的话，90%置信区间水平上的模拟出来的变化幅度，绿色斜线显示的是在考虑了自然与人类活动影响之后，90%置信区间水平上的模拟出来的变化幅度。这里面可以看出，如果只考虑自然因素，基本上不可能解释1961年以来海洋内能的变化，而在考虑了人类影响之后，模拟得到的结果与海洋不同层面的温度变化更加接近。不过AR4时的模型对与年际到年代时间范围的变化还无能为力。
海平面的变化是很多媒体最关注的一个全球气候变化特征。海平面变化主要来自两个原因，一个是海洋升温以后热膨胀导致的海平面上升，一个是陆地冰川融化增多，导致海洋总水量增加。AR4时候，对于1961到2003年间的海平面变化并没有实现平衡。观测到的每年1.8+-0.5 毫米的海平面上升里面，可以归因到热膨胀的是每年0.42+-0.12 毫米，归因到陆地冰川融化的是0.50+-0.18 毫米，大冰原作的贡献是每年0.19+-0.43 毫米，加在一起只有每年1.1+-0.5 毫米，与实际观测值仍有差距，说明相关研究仍有欠缺。对这个期间进行模拟，发现考虑了人类的因素和大自然的因素之后，海平面上升为每年1.2+-0.5 毫米，而如果只考虑人类活动的影响，模型得到的结果是海平面上升每年1.4+-0.7 毫米。有趣的是考虑了自然因素之后，模拟得到的海平面上升速度要低于只考虑人了影响的海平面上升速度，这与这期间数次火山爆发导致的变冷效应有关。1993年到2003年，观测到的热膨胀导致的海平面上升为每年1.60+-0.50 毫米，陆地冰川贡献每年0.77+-0.22 毫米，冰原贡献每年0.41+-0.35 毫米，加起来是每年2.8+-0.7 毫米，已经与实际观测到的每年3.1+-0.7 毫米已经基本上吻合，实现了收支平衡，算是这方面研究的一个重要进步。模拟的结果，同时考虑人类和自然影响，得到的海平面上升速度是每年2.6+-0.8 毫米，而仅考虑人类影响，得到的海平面上升速度为2.4+-1.0 毫米。可以看出同时考虑自然与人类活动因素后，模拟的结果吻合得要略好一些。对海平面的模拟结果基本上符合实际观测值，也说明对于冰川融化的估计基本正确。不过这个问题整体上来说认识水平偏低。综合上述结果，可以说，非常可能人类活动对于20世纪后半期的海平面上升做出了贡献。
上面这个图显示的是1995年到2005年十年平均值的12月到2月海平面气压趋势，左边是北半球，右边是南半球，上面的两个图是实际测量的数据，下面两个图是考虑了自然和人为影响的8个模型的模拟结果平均。可以看到这些模型基本上可以重现NAM的趋势迹象，但是模拟的响应结果小于实际观测到的结果。对SAM的模拟表示已经检测到了人类活动对全球海平面气压的影响，符合观测到的南极部分地区地面气候的冷却趋势。这意味着人为的活动可能对中高纬度的环流和温度形势变化以及对风和风暴路径的变化做出了贡献，不过相关研究还无法准确量化，目前只能作定性描述，定量的结果仍然与观测值不符。此外，近几十年来的南北半球环形模态的趋势与两极地区海平面气压降低以及相关的大气环流变化相符合，对这个现象的归因分析认为这个变化可能与人类活动有关。对流层变暖和平流层冷却的趋势很可能与人为强迫有关，特别是与人类活动造成的温室气体增加以及平流层臭氧损耗有关。这个趋势与对流层顶高度增加的变化是一致的。不过需要注意在评估对流层温度尤其是无线电探空一纪录方面仍然有显著的不确定性。
水循环方面，AR4的时候也只能进行定性的研究。这方面的精确观测也仍然在进步中。1988年开始的对水蒸气变化的卫星测量提供了高质量的数据，发现虽然各个年度之间的变化波动很大，但是从1988年开始水蒸气含量有一个每十年增加1.2+-0.3%的趋势。上图中的黑线是卫星监测到的1982到2005年全球海洋平均水蒸气异常的情况，红线是模型根据观察到的浅层海水温度情况模拟的结果，两者符合得还是不错的。由于浅层海水温度升高可能受到人类活动影响，可以说人类活动可能对于大气中水汽含量增加做出了贡献。
上图是陆地降雨异常的情况。图a中的黑实线是观测到的数据，其他细线是不同模型的模拟结果，都考虑了人类和自然因素的影响。图b是对不同纬度的实际观测（黑实线）与不同模型的模拟结果（细线）。可以说观测到20世纪的陆地降水变化的大尺度型态与考虑了人类影响以后的模拟是基本一致的。这些考虑了人类和自然因素的模型重建了全球20世纪下半叶干旱增加的趋势。个别地区的干旱可以进行归因，基本上可以下结论说土地利用的变化，如过度放牧，林地变成耕地等等，不可能是萨赫勒地区和澳大利亚干旱的首要原因。下图是对非洲萨赫勒地区降雨异常的分析。黑色线是观测到的降雨情况，红色是使用观测到的浅层海水温度数据模拟得到的几个不同模型结果的平均。这里面显示出来的季风、风暴强度与萨赫勒地区的降雨变化与观测到的浅层海水温度的部分相关性，显示出了人类活动影响的信号。
可以进行初步归因的其他现象还包括，北冰洋海冰的大面积减少可能主要受到温室气体增加的影响，但并不是全部影响。对南大洋的海冰面及变化的模拟与观测并不相符。一些地区的高山积雪变化可以用气候变暖来解释，但是仍有一些现象解释不清。在20世纪后半期，冬季冰川增长的数量与夏季冰川减少的数量都出现了增加，导致的冰川面积大幅度增加与观测到的气温增加相符，在一些研究的比较充分的地区，模拟的结果可以与实际结果基本吻合。
这些归因研究的结果可以看出，在众多气候现象的变化中，基本上都可以检测到人类活动的影响。在一些现象中，已经可以得出人类活动非常可能造成影响这样的结论，在所研究的其他现象中间，也至少可以说人类活动产生影响的可能大于没有产生影响的可能。同时，非常不可能单纯的自然因素造成了这一系列的气候变化。
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？28 预估：情景和气温
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🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？23 气候模型 41 橡树村 字10913 2010-02-18 09:58:25
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？27 现代气候归因 下
🙂250名美国科学家发表联名公开信：拯救IPCC! 走路走路 字4072 2010-03-23 04:11:57
🙂IPCC的主席应该下台 看文章 字0 2010-03-23 22:22:36
🙂要拾回公众信心，首先得自己清理门户 2 明日枯荷包 字816 2010-03-23 05:12:22
🙂冰川门算是说清楚了 走路走路 字38 2010-03-23 05:23:49
🙂邮件门可能是要上法庭处置 PBS 字340 2010-03-23 05:37:04
🙂del PBS 字0 2010-03-23 05:55:08