主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？14 气温 -- 橡树村
好啦，讲完了可能影响气候的人类和自然因素，现在来看看，气候究竟变化了没有，怎么变的。首先说气温。
人们很早就知道冷暖，但是对于究竟多冷多暖一直没有一个度量的方法。18世纪初期，出现了华氏度，摄氏度这两类温度的计量方法，从此描述冷暖有了一个简单方便的方法。也就在18世纪，人们开始对与人关系最密缺的地表气温进行测量。不过早期的测量站点很少，仪器也还比较原始，方法也有问题，也缺乏系统性，所以这些早期的数据，并不能作为衡量气温变化的依据。大约从1850年开始，仪器有了进步，测量站点也多了起来，记录也有了系统性，对于地表气温的测量，就算是正式开始了。不过在19世纪，测量站点的数量仍然很少，覆盖面也不大，很难说是全球范围的测量。真正意义上的全球陆地气温测量应该是1957年才开始的，这一年，南极终于有了测量温度的站点。现在参与气温测量的站点有数千个，所有的陆地气温数据都汇总到一个数据库里面，供研究者使用。对于海洋温度的测量，早期只能依靠船只，可以在船只底部拖挂一个装置来记录浅层海水的温度，到现在，这仍然是测量浅层海水温度的最直接可靠的方法，每年也有数千只船在做自己事情的同时参与这项工作，精确的时间和位置信息，结合实时测量的浅层海水温度信息结合起来，构成了浅层海水温度的数据库。不过船只有固定的航线，覆盖面也有限。1980年以后，卫星也加入了对地表温度和海水表层温度测量的行列，完成了对全球温度测量的覆盖。卫星得到的海洋温度是表层的温度，与几米深的浅层海水温度略有差别，这方面，还需要一些校正，方法也已经成熟了。到这个时候，全球的表面气温数据才算是完善起来。或者说，对地球表面温度的全面监测，是从1980年代开始的。不过之前的数据也是可以应用的，记住代表性可能不足就是了。
1850-2005年间全球陆地表面温度变化的趋势
由于各个地方的气温差异太大，一般在处理数据的时候，都直接拿这个地方的气温变化数据进行统计，比某个规定好的平均温度高了或者低了多少度之类的，这样数据处理方便一些。如何计算这个平均数，不同研究者有不同的方法。比如一个叫做CRUTEM3的系统，北半球和南半球的陆地平均气温之后，计算全球陆地平均气温的时候，北半球占68%的比例，南半球占32%。之所以使用这样的数字，是因为这正好是南北半球陆地面积的比例。一个叫做NCDC的系统，直接每一个经纬度格子里面的温度变化，把地球按照经纬度划成一个个的小方块，把每个小方块的气温变化计算出来，然后再平均。而另外一套叫做GISS的系统，计算的是全球各个纬度带的温度偏差，所使用的权重分布，是南北纬90度到23.6度之间各占30%，南北纬23.6之间占40%。还有研究者排除了南纬60度以南的数据，计算方法也就有了相应的调整。所以呢，虽然使用的都是同样的数据库，不同研究者给出的结论还是有些区别的。上面这个图就是这四个方法得到的全球陆地表面温度变化趋势。
上：1979-2005年地球地表温度（左）和卫星观测的对流层温度（右）的线性趋势
下：全球平均气温及对应的线性拟和
上图显示的是综合了陆地和海洋的全球平均气温变化情况。从这个图可以看到，在19世纪后半期一直到1910年代，全球表面气温有上下0.2-0.3摄氏度的波动，但是基本上是稳定的。当然不要忘了这个时期内数据的代表性很不足。这里面有几个点超出波动范围不少，有可能是实际存在的，更有可能是因为当时覆盖面太低造成的。从1910年代开始，到1940年左右，全球温度有一个持续的上升，温升幅度达到了0.35摄氏度。最近的一次温升，就是从1970年代开始，至少持续到2005年的了，温升幅度达到了0.55摄氏度。由于从1980年代开始全球测量温度的站点数量众多，连续性系统性都已经很完善，这一段数据的可靠性实际上是很高的，或者说，从1970年代开始的这一次大幅度温升过程，是非常明显的。IPCC一直在比较100年气候变化的线性趋势。在TAR里面，比较的是1901年和2000年之间的变化，得到的趋势是0.6+-0.2摄氏度，由于2000年以后气温继续升高，而1900年代的前几年平均气温却有所下降，所以AR4在比较1906年和2005年之间的变化的时候，得到的趋势就是0.74+-0.18摄氏度。如果拿1850年到1899年之间的平均数与2001年到2005年之间的平均数进行比较，温度增加幅度是0.76+-0.19摄氏度。1950年代以来的变暖趋势呢，每10年温升0.13+-0.03摄氏度，要是考虑1979年代以来的变化，温升速度更加明显，达到每10年0.18+-0.05摄氏度。在全球范围内，不仅仅全球平均温度的变化有这个逐渐加快的趋势，陆地和海洋都可以观察到这个变化趋势。这里面提一句，城市热岛效应对于城市地区的气温影响很大，但是在全球平均范围内贡献很小。AR4选用的研究表明城市化和土地变化导致的对全球温度纪录的影响，在陆地上为每10年0.006摄氏度，在海洋上为0，整体平均下来，可以忽略。
几组浅层海水温度数据
另外有一个值得提的，就是昼夜温差的变化。这个词的缩写是DTR，比较的是白天的平均最高气温和夜晚的平均最低气温。从1950年开始，这个温差一直在降低，降低速度在每10年0.1摄氏度，很缓慢，但是足够让仪器检测出来。不过到了1990年代以后，这个温差已经基本上不再变化。换言之，从1950年到1990年代初，夜间温度上升的速度略大于白天温度上升的速度，到了1990年代以后，两者上升的速度已经基本一样，没有明显的变化。
1950-2004年全球昼夜温差变化趋势
这里面要特别说一下，平均温度的地区差异非常大。具体的情况下一节讲，不过这个地区差异对全球平均气温的直接影响，就是数据的偏差很大。基本上，每一个年平均气温的数据的偏差都在0.2-0.3摄氏度之间，即使在已经进行很全面测量的2000年代，这个偏差仍然很显著。所以只有在考虑一个很长的时间的时候，至少20-30年，甚至50-100年的时候，因为平均值有0.5摄氏度以上的变化，这种温升才有价值。尽管如此，从1994年到2005年的12年里，除了1996年，年平均气温都是有仪器记录以来最高的，其中1998年和2005年都是最高点，虽然从严格的统计学上讲，一些年头的平均气温差异并不显著。导致这个偏差很大的原因是地表的气候实在太复杂，影响因素太多，那么在高空中，有没有温度趋势的变化呢？
全球和南北半球陆地平均气温的变化趋势及偏差
高空的温度可以使用探空气球进行测量，这项活动开始于1950年代，不过这个测量方法比起地面站点来讲，可是昂贵麻烦了很多，所以覆盖面、数据频率，都有很大的问题，代表性不强。1979年卫星微波探空仪MSU的使用，使得监测对流层中上部分以及平流层温度成为可能。不过到现在为止，不同的卫星微波探空仪测量的不同的对流层温度趋势仍然存在差异。校正不同数据源的工作一直在进步，数据的可靠程度也越来越高，不过仍然有进步的空间。这些测量的结果是，在对流层，也可以观察到一个每年0.12-0.19摄氏度的变暖率。对于平流层，则观察到了一个每10年0.3-0.6摄氏度的变冷，不过最近的十年变冷率在下降。平流层变暖的趋势符合主流的气候模型预测的变化趋势。由于数据相对少很多，对于平流层的变冷估计可能高估了。另外图中可以看出火山喷发对平流层温度的影响非常明显。
不同高度大气温度趋势
从上到下：平流层底部，对流层中上，对流层底部，地表
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对了不知道，IPCC把地球自身的发热量算进去没有，高中地理提到地心是铁核心，里面是类液体，自身的热量来自于放射性元素的蜕变。
地球吸收放出热量这个模型，给我感觉就是不对头，跟原来搞得实验《生物圈一号》类似，现在搞的这些个造福人类的东西，老是会被政治势力利用，搞得变形变了方向。
地球内部的散热，感觉应该比太阳辐射少很多，不过没见到这方面的数字。
把不受人类干扰的地球当作一个平衡状态的话，这个内部热量的散发也应该纳入到地表的红外辐射能量里面了。
可能跟人口数有关,比如,呼吸、体温放热。。。这么多人，对环境温度会影响小？
相对于地球的表面积来讲，人类的面积还是太小了一点，影响应该很小很小。
成年人的皮肤总面积是不到2平方米，按照都是2平方米计算，60亿人口，总面积120亿平方米，只不过是1.2万平方公里，比较地表总面积5亿平方公里，还是可以忽略的。
哺乳动物的体温全算上，也应该是一个在全球尺度可以忽略的因素。
可以忽略。
回去之后我再查查出处
地核的热量，主要花费在地壳运动上了。有很少一部分通过传到散发出来，也都是在地壳最薄的大洋洋底。
按照wiki上的说法，这个能量是10^13瓦的数量级，相比太阳辐射是10^17瓦，差四个数量级。
虽然全球平均温度变暖是一个基本上可以确定的事实，但是这不等于全球的所有地方都有相似的变暖幅度，更不是说全球所有的地方都在变暖。实际上全球变暖这个词被科学界放弃的一个原因，就是这个词实在不能准确描述平均温度变暖以后的种种气候变化，容易给普通人产生足够的误会，所以才有了气候变化这个词。需要指出的是，气候变化这个词仍然专指全球平均温度升高而导致的各种气候变化。那么从地区的角度来看，全球气温是在怎样变化呢？
全球不同区域气温变化趋势
上面这个图描述的是全球不同地区的年平均表面气温的变化趋势，左边的，是从1901年到2005年之间105年的变化情况，右边的，是从有全面精确记录以来的1979年到2005年27年时间的变化情况。灰色的区域是数据不足的地方。红颜色的格子，是温度升高的地方，颜色越深温度升高越多，蓝颜色的格子，是温度降低的地方，同样也是颜色越深温度降低越多，图里面有刻度。注意一下左边图上的单位是每百年的温度变化，右边图上的单位是每十年的温度变化。从百年尺度来看，降温的地方，最多的有降温达到1摄氏度的，升温的地方，最高的可以达到温升2摄氏度以上，不同区域的变化差异还是很大的。长期趋势和最近的趋势也不尽相同，一些长期趋势在降温的地方，最近三十年有逐渐升温的趋势，比如格陵兰岛东南部海域。反正很复杂，不能简单的用变暖来进行描述。不过可以说，在百年尺度上，全球大多数地区的变暖趋势都是很明显的。可以看出来在亚洲的内陆地区，北美的西北部地区，南半球的一些中纬度的海洋地区，巴西东南部，变暖的程度最显著。也有一些原本升温的地方出现了降温，比如在中国西南部，还有一些南半球的海洋地区。最近30年的情况，变暖仍然是主要的趋势，不过在南半球的一些海洋地区也可以观察到明显的降温。更加复杂的是，不同季节的温度变化情况也是有差异的。下面这个图显示的是1979年到2005年间全球各个地区不同季节的平均温度变化情况。左上角是春季三、四、五三个月的变化情况，右上角夏季六、七、八月，左下角秋季九、十、十一月，右下角是冬季十二月到二月。这里面可以看出来北半球冬春两季的增温很明显，幅度也最大。
全球各个区域1979-2005年不同季节的平均气温变化趋势
昼夜温差的变化趋势，不同地区与全球平均也完全不同。下图是1979年到2004年的年平均昼夜温差的变化趋势，这个图像就非常热闹了。1979年以来，除了澳大利亚西部，阿根廷南部，西太平洋的一部分地区以外，全球范围内夜间的最低气温一直在升高，白天的最高气温也是全球普遍升温的趋势，例外出现在秘鲁北部，阿根廷北部，澳大利亚西北部，以及北太平洋的一部分地区。导致昼夜温差变化的主要原因是云的覆盖以及降水的变化，贡献估计应该有一半，在一些地区可能达到80%。
全球不同区域1979-2004年昼夜温差的变化趋势
总而言之，区域的气候变化趋势与全球气候平均的变化趋势非常不同，原因呢，应该是大气环流、海气相互作用以及其他气候组成部分的变化造成的。这些跨越很大地理范围的大气、水汽输送发生了变化以后，对不同区域带来不同的影响，从而影响各个不同区域的局部气候。能够监测到的大气环流，包括南北半球中纬度西风带的最大风速的加强。从1960年代开始，北半球西风带气流一直在加强，一直到1990年代，然后又减弱恢复到了长期的平均水平。北半球西风气流的加强，改变了从海洋吹向陆地的气流，从而影响到中高纬度地区的冬季风暴的路径，影响到涉及到的各个地区的降雨，自然还包括这些地区的温度分布等等。另外从1970年代开始到1990年代，北半球的热带风暴也已经发生了变化。
NAO与NAM位于正位相时大气环流变化示意图
暖色表示温度偏高，冷色表示温度偏低，白色斑点表示比往常干旱，云状表示比往常湿润
人们发现大气和气候的变率分析可以用少数的主要气候变率型态来描述重要的部分。这些型态，也是大家在天气预报经常能够听到的一些名字，比如发生在赤道太平洋地区的厄尔尼诺和南方涛动ENSO；比如发生在北大西洋与欧亚大陆风暴关系密切的北大西洋涛动NAO；比如在冬季出现的北极表面低气压和中纬度强西风的波动，被称作北半球环状模态NAM；类似的还有全年都存在的南半球环状模态SAM；此外还有从副热带西太平洋到北美东海岸的一连串高低压异常现场太平洋-北美型态PNA；描述北太平洋海表温度变化的太平洋年代际震荡PDO。虽然这些型态究竟在多大程度上是气候系统的真实模态仍然有争议，但是有很多证据表明这些型态都可以导致比预想的更大的区域变化，这些型态也成功解释了很多观测到的气候变化。这里面，最近几十年来，NAO和NAM的变化导致了北大西洋中纬度西风加强，改变了风暴路径；SAM变强描述了南半球的大气环流变化，与南极半岛强烈升温以及南极大陆部分地区变冷相关；太平洋的海气作用主要使用ENSO来描述。比如1976-1977年，PDO发生变化，增强了ENSO，两个型态共同造成了整个北美大陆的气候变化，如北美西部气温比东部偏暖，但东部云量多，湿度大等等。太平洋地区的大气环流的变化也有一定的规律，比如1900-1924年，1947-1976年，大气环流都在减弱，而在1925-1946年，1977-2003年，大气环流又在增强。这些具体的型态对气候的影响都有很多描述，因为涉及到很专业的东西，在这里就不展开了。
一些极端天气事件也与全球平均变暖的趋势一致。这方面观测到的结果，是中纬度地区的霜冻日大范围减少，极端暖日数增加，极端冷日数减少。从1951年到2003年间，冷夜的数量在所观测的76%的陆地区域都有明显的下降。热浪的增多也是明显的，比如2003年夏天欧洲的热浪，夏季平均气温是1780年开始仪器测量以来最暖的一个，比之前最暖的1807年高出了1.4摄氏度。其他地区的资料也显示热浪的频率和持续时间也在加强。其他的一些小范围的极端天气事件，比如龙卷风，冰雹，闪电，沙尘暴等等，由于涉及到的范围很小，其究竟是否有变化还没有结论。
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就是一串串的冰溜子，现在呢，除了前几年的那次雪灾，好像是看不见了。
我记得我读小学的时候每年冬天都有呢。
嘿嘿嘿
一月27日，2010年，有个文件发表了，将整个地球表面温度测量问题系统地提出来了。
这个文件用英文发表，共111页。题目是《地球表面温度记录：政策推动的误导？》（SURFACE TEMPERATURE RECORDS:POLICY DRIVEN DECEPTION?
我看了看，觉得比较系统地讨论了问题。看来气候门事件后，整个全球暖化问题要重起炉灶了。
有几个结论的观点太强烈，反而容易失去一些可信度。从主要观点看，主观的味道更浓烈一些。当然咱没资格评价，毕竟不是专业人士，要等同行评议，如果有人愿意评的话。
这里面最大的指责就是很多站点没有列入到数据库内，这方面，NOAA有回应，在这里可以看到。我感觉NOAA的解释是可以接受的。既然报告的这个最重要最基本的论断出了问题，那么整个报告的影响力就会打折扣了，所以不要指望有太大的影响。
作者Watts的博客很有名气的，获过奖。自己是电视台气象预报员出身。另外一个没查到。
没时间仔细看，你给好好讲讲？你可欠了不少东西呢。