新冠疫情或许定义了2020年，但这一年对全球气候同样造成了毁灭性影响。
2020年与2016年并列，已被确认为有记录以来最温暖的一年。
但这只是地球全年所创下的众多纪录之一，Carbon Brief为您解读。
随着所有官方气候数据的汇总，2020年全球地表温度已被确认与2016年实际并列，成为有记录以来最温暖的一年。
本文中，Carbon Brief解释了为何这一年在地球的海洋、大气、冰冻圈和地表各方面都如此非同寻常。
去年，地球气候创下了多项纪录：
地表温度创纪录偏高：根据所用数据集不同，这是有记录以来最温暖或第二温暖的一年；在本文考察的所有地表温度记录中，其与2016年在测量不确定性范围内实际并列。
这一点尤为引人注目，因为2020年下半年受到一次温和的拉尼娜事件带来的自然降温效应影响。拉尼娜事件。海洋热含量创纪录高位：这是海洋热含量有记录以来最温暖的一年，且2019年至2020年间显著上升。
卫星记录中的创纪录温暖：这一年在地球的对流层——大气的低层部分——中，是有记录以来最温暖或第二温暖的一年，具体取决于所考察的数据集。
北极海冰夏季最低值为有记录以来第二低：在7月至11月的大部分时间里，北极海冰范围和体积创下了记录低值。9月北极海冰范围达到的最小值为有记录以来第二低。
海平面持续上升：2020年，全球海平面和大气温室气体浓度均创下新高，同时全球冰川继续快速融化。
地表温度创纪录偏高
2020年全球地表温度异常偏高。NASA的数据显示这是有记录以来最温暖的一年，而NOAA、Berkeley Earth、Copernicus ERA5以及新近更新的Hadley Centre/UEAHadCRUT5记录则将其列为第二温暖的一年。
在所有情况下，2020年与2016年平均气温的差值均小于0.03°C，而全球记录仅能将当前气温预测在约0.05°C左右的范围内。这意味着科学家无法确定2020年比2016年更凉，两者最好被视为有记录以来最温暖一年的并列。
2016年的气温曾被推高约零点几摄氏度，由过去一个世纪规模最大的厄尔尼诺事件之一所致。相比之下，2020年其特征为一次温和的拉尼娜事件，该事件可能在当年下半年产生了自然降温影响。
一个拉尼娜年份的温暖程度，能够与几年前最强的厄尔尼诺年份之一相当，这一点相当引人注目，也说明了人类温室气体排放对全球气温产生的强大影响。
全球地表温度记录可以计算，可追溯至1850年，不过一些机构选择从1880年开始记录，因为当时可用的数据更多。1850年以前，某些特定区域存在记录，但其分布不够广泛，无法以任何合理的精度计算全球气温。这些记录是通过结合基于船舶和浮标的测量获得的海洋海表温度，以及陆地气象站测得的近地面气温数据而生成（Copernicus ERA5是例外，它使用基于天气模型的再分析数据）。
下图显示了自1850年以来的全球气温记录，气温以1880–1899年期间为基准显示，以突出自工业化前时期以来的变暖情况。
根据所选的气温记录，2020年的气温比19世纪末（1880至1900年间）高出1.2°C至1.3°C。在大多数数据集中，这是全球气温连续第七年超过工业化前水平1°C，也是大多数数据集中第三年超过1.2°C。
在更新往年所展示数据时，Carbon Brief的《气候现状》（State of the Climate）现在改用HadCRUT5，而非HadCRUT4（请参阅Carbon Brief近期对HadCRUT5的分析，了解详情）。Cowtan and Way记录不再展示，因为它与HadCRUT5大体重复，两者使用相同数据并采用相似的数据空白填补方法。（Cowtan and Way记录之所以被创建，是为了处理HadCRUT4中的数据空白。）
过去一个世纪所观测到的全球变暖，并非源于对基础气温记录所做的任何调整。图中包含一条“原始记录”线（以虚线表示），由Carbon Brief使用未经任何调整或测量技术变化修正的数据计算得出。在1850至2020年的完整时段内，经调整的气温记录实际上往往显示的变暖幅度小于原始数据。
过去六年的记录明显比以往任何时候都要温暖得多。下图来自Berkeley Earth，可以看出这一点。每条阴影曲线代表该年的年平均气温。曲线越靠右，表示该年越温暖。
每年曲线的宽度反映了年度气温数值的不确定性（由测量技术变化，以及世界某些地区测量站点少于其他地区等因素造成）。
下图放大展示了过去50年的全球地表温度记录。该图以较新的1981–2010年时段为基线，以便更清晰地呈现过去几十年各气温记录之间的差异。请注意，根据所用记录不同，1981–2010年时段比1880–1900年工业化前时期温暖约0.6至0.75摄氏度。
2020年地表变暖的格局
将全球地表温度作为气候变化的关键指标固然重要，但这可能掩盖了地球各地截然不同的变化速率。
例如，虽然地球表面大部分被海洋覆盖，但几乎所有人类定居点和活动都位于陆地区域。自1970年以来，陆地的变暖速度约为海洋的70%，比全球平均水平快40%。
下图以黑色显示全球平均地表温度，以橙色显示仅陆地的气温，以蓝色显示仅海洋的气温。该图基于1850–1978年的HadCRUT5数据与此后的Copernicus/ERA5数据组合而成，因为在撰写本文时，只有ERA5发布了能够分别计算陆地和海洋气温、直至2020年底的所需数据。
在该数据集中，世界整体自工业化前时期（1850–1899年）以来已变暖约1.3°C，而陆地区域的变暖幅度要大得多，平均达1.9°C。相比之下，海洋的变暖速度较慢，自工业化前以来约为1°C。（请参阅Carbon Brief关于陆地与海洋为何以不同速率变暖的近期客座文章。）
地球陆地和海洋的不同区域，变暖速率也各不相同。2020年的温暖覆盖了世界大片区域，其中北极、西伯利亚上空、欧洲、中南美洲、中东、北太平洋和南极海域的气温格外高。下图来自Berkeley Earth，显示了全球当年的年平均气温距平。
根据Berkeley Earth进行的一项分析，在以下45个国家中，2020年是自有仪器记录以来年平均气温最高的一年：安道尔、安提瓜和巴布达、阿根廷、白俄罗斯、比利时、伯利兹、玻利维亚、哥伦比亚、古巴、吉布提、多米尼克、爱沙尼亚、密克罗尼西亚联邦、斐济、芬兰、法国、冈比亚、危地马拉、几内亚比绍、洪都拉斯、牙买加、日本、拉脱维亚、立陶宛、卢森堡、马尔代夫、马绍尔群岛、墨西哥、摩尔多瓦、瑙鲁、秘鲁、刚果共和国、俄罗斯、圣基茨和尼维斯、塞内加尔、塞舌尔、塞拉利昂、所罗门群岛、索马里、瑞典、台湾、图瓦卢、乌克兰、瓦努阿图和委内瑞拉。
下图同样来自Berkeley Earth，显示了2020年创下温暖或寒冷纪录的世界各地区。值得注意的是，尽管地球上大片区域创下了新的温暖纪录，但地球上没有任何地方的年平均气温进入有记录以来最冷的行列。
观测结果与气候模型预测高度吻合
气候模型基于物理学，对未来变暖作出估计，这些估计取决于关于未来排放、温室气体浓度及其他影响气候的因素的不同假设。
此处，Carbon Brief考察了两组不同的气候模型，一组是较早的模型（CMIP5），这些模型用于2013年第五次评估报告（AR5），该报告由政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布；另一组是为即将发布的2021年IPCC第六次评估报告而开发的新模型（CMIP6）。
在CMIP5中，2005年之前的模型气温估计是利用已知的过去气候影响因素进行的“回算”（hindcast），而2005年之后的预估气温则是基于对变化可能情况的估计进行的“预报”（forecast）。另一方面，CMIP6模型的回算时段一直延伸至2014年。
下图显示了自1850年以来各个CMIP5模型预估的范围，以及在中等排放情景RCP4.5下直至2100年的未来预估。黑线表示38个不同模型的平均值，灰色区域表示模型预估的95%（两倍标准差）范围。观测气温叠加在气候模型数据之上，各观测记录由彩色线条表示。
此处所示的气候模型输出为混合（blended）数据，即它们以与观测气候记录中测量方式相同的方式，将陆地上的近地表气温与海洋上的海表温度相结合。这使得两者之间可以进行更准确的比较。
在过去170年中，观测结果完全落在CMIP5气候模型预测范围之内。2020年的气温与模型平均值相当接近。下图显示了过去70年（1950–2020年）气候模型与观测的放大视图。图中还包含一条虚线黑线，显示非混合模型结果（例如全球地表气温）。
虽然在撰写本文时并非所有参与CMIP6的模型都已报告运行结果，但仍有足够的33个模型同时具备历史及RCP4.5未来变暖预估，可与观测进行比较。下图显示了1950至2020年间CMIP6模型与观测的分析结果。（请注意，由于尚未生成CMIP6的混合数据场，此处CMIP6仅显示非混合模型结果。）
无论是在历史时期还是未来，CMIP6模型总体上预测的变暖都比CMIP5更多。在CMIP6中，近年来的观测值明显低于模型平均值，但仍完全处于95%范围（灰色区域）之内。
如需进一步了解新的CMIP6结果及其与上一代CMIP5模型的差异，请参阅Carbon Brief的CMIP6解读。
卫星记录中的创纪录温暖
除了对全球陆地和海洋的地表测量之外，卫星微波探测仪自1979年以来一直在提供全球低层大气温度的估计。
这些测量虽然存在一些较大的不确定性，但同样显示2020年为创纪录的温暖年份，与2016年在不确定性范围内实际并列。
由遥感系统公司（RSS）显示2020年为有记录以来最温暖的一年，略高于2016年，而来自亚拉巴马大学亨茨维尔分校（UAH）的记录则显示其为第二温暖的一年，略低于2016年。下图显示了两条记录：RSS为红色，UAH为蓝色。
大气层的这一区域往往比地表和卫星记录更容易受到厄尔尼诺和拉尼娜事件的影响，因此在这些事件期间会出现相应更大的增温或降温峰值。这就是为什么，例如，1998年在卫星记录中是最暖的年份之一，但在地表记录中并非如此。
两个对流层低层温度记录在21世纪初之后存在较大差异。RSS显示的总体增温速率与地表温度记录非常相似，而UAH显示近年来的增温速度明显慢于地表观测到的增温速度。两者近年来都经历了较大的调整，经历了较大调整，与各自记录的此前版本相比，这些调整使RSS的温度升高，UAH的温度降低。
海洋热含量创下历史新高
超过90%的由温室气体浓度上升所截留的热量被地球海洋吸收。
地表温度因自然变率而逐年有所波动，而海洋热含量的增长则平稳得多，在许多方面，它都是地球变暖的一个更可靠的指标，尽管其历史记录较短。
据中国科学院大气物理研究所（IAP-CAS）称，去年海洋热含量创下了自1958年有可靠记录以来的最高纪录。该研究所维护着一个最新的海洋热含量数据库。中国科学院大气物理研究所（IAP-CAS）维护着一个最新的海洋热含量数据库。
下图显示了海洋0至700米（浅蓝色柱）和700至2000米（深蓝色）深度区间内每年的海洋热含量，这两个深度区间构成了世界海洋的主体。海洋变暖以1958至1960年的平均值为基准绘制。
2020年的海洋热含量显著高于此前最暖的年份2019年。虽然2016年的地表气温非常高，但就海洋热含量而言，它只是第六暖的年份，因为帮助2016年地表气温如此之高的厄尔尼诺事件重新分配了热量，使热量从海洋进入大气。
海洋热含量在1990年之后明显加速，原因是温室气体截留的热量增加，以及1992年皮纳图博火山喷发后的恢复皮纳图博火山喷发之后，此后大多数年份都创下了新纪录。
海平面持续上升
现代海平面已升至新高，这是由多种因素共同作用造成的，包括陆地冰（如冰川和冰盖）融化、水在变暖时发生的热膨胀，以及陆地水储量的变化。近年来，冰盖和冰川融化对海平面上升的贡献更大。
自20世纪90年代初以来，全球海平面的上升一直通过卫星高度计数据进行估算。更早期的全球海平面则是根据全球验潮仪测量网络重建的。这使研究人员能够估算海平面自19世纪末以来的变化情况。
下图显示了五个不同的海平面上升数据集（彩色线），以及1993年之后NASA的卫星高度计测量结果（黑色）。（由于全年的海平面上升数据尚未全部发布，下图仅包括截至2019年底的数据。）
自1900年以来，海平面已上升0.18至0.2米（180至200毫米）。虽然近几十年的海平面上升估算结果大体一致，但1980年之前存在更大的分歧。在高质量卫星高度计数据可用的1993年之后，也有证据表明海平面上升正在加速。（参见Carbon Brief关于气候变化如何加速海平面上升的解释。）
冰川融化持续加速
科学家利用多种遥感技术，并结合GRACE对地球重力场的测量，来测量全球冰川的质量。冰川上降雪量与因融化或“崩解”造成的冰量损失之间的平衡，决定了冰川随时间是增长还是缩小。
一个名为世界冰川监测服务的国际联合组织追踪全球19个不同地区的164条冰川。下图显示了1950年至2019年底全球平均冰川质量的变化（2020年的数值尚未公布）。
冰川融化以水当量米计量，这是衡量平均损失质量的一种指标。
温室气体浓度创下新高
2020年温室气体浓度达到新高，其驱动因素是化石燃料、土地利用和农业所产生的人为排放。
三种温室气体——二氧化碳、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）——是人类活动所截留额外热量的主要来源。二氧化碳是迄今为止最大的因素，约占自1750年以来“辐射强迫”增量的50%。
甲烷占29%，一氧化二氮约占5%。其余16%来自其他因素，包括一氧化碳、黑碳和卤烃，例如氯氟烃（CFC）。
人类排放的温室气体已使大气中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的浓度达到至少几百万年以来的最高水平，甚至更久。
下图显示了这些温室气体的浓度，以百万分比浓度（ppm）计量的二氧化碳（蓝线），以十亿分比浓度（ppb）计量的甲烷（橙色）和一氧化二氮（红色）。数据范围从20世纪80年代初到2020年10月的二氧化碳，以及到2020年9月的CH4和N2O（为目前可获得的最新数据）。
数据显示，温室气体继续在大气中累积，尽管全球排放因新冠疫情封锁而出现的暂时下降。
北极海冰夏季最低值为第二低
2020年，北极海冰在北半球夏季的大部分时间都处于创纪录的低位。在7月、8月、10月和11月的大部分时间里，海冰都创下了每日最低纪录。其夏季海冰范围最低值为第二低，自20世纪70年代末有记录以来，仅次于2012年。
9月最低值之后，北极海冰的恢复异常缓慢，不过近几个月已恢复至略低于长期（1979至2010年）平均水平。
与北极相反，南极周围的海冰在2020年全年都保持在长期平均范围内。
下图显示了北极（红线）和南极（蓝线）每日海冰范围，以及它们与历史范围（相应阴影）的比较情况。
2020年夏季大部分时间北极海冰的低水平异常，使北方航道（如东北航道）得以通航，开放时间创下了纪录。
Berkeley Earth图表显示了北方航道每年开放的时段（蓝线）。在2005年之前，北极开阔水域航线很少形成；2020年（红线）东北航道连续开放了三个半月。这在一定程度上是由于西伯利亚的异常变暖以及该地区以北相关的无冰状况。
展望稍微更凉爽的2021年
虽然一次温和的拉尼娜事件可能帮助了2020年下半年的降温，但这些状况预计将持续到今年上半年。由于在热带太平洋厄尔尼诺或拉尼娜状况达到峰值与其对全球气温产生影响之间存在数月的滞后，当前的拉尼娜状况很可能对2021年产生更大影响，这也是预计该年将比前两年更凉爽的原因。
三个机构——英国气象局、NASA的Gavin Schmidt博士以及Berkeley Earth——已经预测了2021年的气温可能如何。三者都表明，2021年很可能比2020年更凉爽。
