气候现状:2019年初地球表面与海洋持续升温

An aerial view of the Atibainha dam, part of the Cantareira reservoir, during a drought in Nazare Paulista, Sao Paulo state November 18, 2014. Brazil's worst drought in 80 years has left the Cantareira system, that provides greater Sao Paulo with most of its water, with the lowest water level on record, with daily rationing becoming common in the region's smaller cities, according to the state authorities and the two main reservoirs serving metropolitan Sao Paulo, South America's largest city, could dry out by February if relief does not arrive in the upcoming rainy season. REUTERS/Nacho Doce (BRAZIL - Tags: DISASTER ENVIRONMENT) - GM1EABJ0RUZ01
Temperatures in 2019 have been buoyed by a moderate El Niño event.Image: REUTERS/Nacho Doce
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自19世纪中期有记录以来,2019年全球地表温度有望成为第二或第三暖的年份,仅次于2016年,可能也仅次于2017年。

在长期变暖趋势之上,2019年的气温还受到一次中等强度厄尔尼诺事件的推动,该事件可能会持续到今年剩余时间。

这是Carbon Brief最新“气候现状”报告的主要发现之一。该季度系列报告涵盖全球气候数据,目前包括气温、海洋热量、海平面、温室气体浓度、气候模型表现以及极地冰层。

海洋热含量(OHC)在2019年初创下新纪录,海洋热量高于自1940年OHC记录开始以来的任何时期。

最新数据显示,2019年世界海洋水位继续上升,海平面较1990年代初高出约8.5厘米(cm)。

大气甲烷浓度以加速的速度上升,近几个月达到创纪录高位,但科学家对这一趋势的成因看法不一。

北极海冰目前处于一年中同期的历史最低水平。南极海冰在1月创下新的历史最低纪录,目前处于历史范围的低端。

一年之始第三暖的开局

全球地表温度由多个不同的国际机构记录和发布,包括NASA、NOAA、Met Office Hadley Centre/UEA、Berkeley Earth和Cowtan and Way。Copernicus/ECMWF也基于测量数据与天气模型相结合的方法得出地表温度估算,这种方法被称为“再分析”。

下图比较了这些不同机构自1970年以来的全球地表年均温度,其中Copernicus/ECMWF的数据始于1979年。彩色线条显示每年的温度,右侧的圆点显示2019年1月至3月的年初至今估算值。数值以共同的基准期为参照给出,即各数据序列在1981至2010年的平均温度。地表温度记录显示,自1970年以来已升温约0.86°C,升温速率约为每十年0.19°C。

仅NASA、NOAA和Copernicus提供了年初至今的数值,因为英国哈德利中心尚未公布3月份数据,这也导致Berkeley Earth和Cowtan and Way的记录无法发布。本图表中的年初至今数值将在数据可用时更新。

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根据第一季度的气温,2019年很可能成为所有地表温度序列中第二或第三暖的年份。然而,由于目前仅有2019年三个月的数据,它也有可能成为最暖的年份,甚至仅排第四暖。

下图显示了NASA GISTEMP数据集(采用其新的第4版)中,今年至今的气温与往年的对比。图中显示了全年每个月的年初至今温度,从1月一直到全年平均值。

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在NASA数据集中,2019年1月至3月平均温度在有记录以来排第三暖,仅次于2016年和2017年这两个创纪录的暖年。然而,虽然这两年夏秋季气温都较低,今年可能出现的弱厄尔尼诺现象可能有助于当前的暖意持续。因此,很可能2019年在NASA数据集中将成为有记录以来第二暖的年份。

2019年前三个月已因一次弱厄尔尼诺事件而略有升温。多数预测模式预计,弱厄尔尼诺状况将在2019年剩余时间内持续,热带太平洋海表温度较近期平均水平高出约0.5°C至1°C。

厄尔尼诺与拉尼娜事件——统称为厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)——是在长期地表变暖趋势之上,造成年际变化的主要驱动因素。ENSO事件的特征是温度波动,即热带太平洋海洋与大气之间的相互作用,这有助于使某些年份更暖、某些年份更冷。

下图展示了由不同科研团队制作的一系列ENSO预测模式,其中各类模式的平均值分别以粗红色、蓝色和绿色线条表示。高于0.5°C的正值表示厄尔尼诺状况,而低于-0.5的负值则表示拉尼娜状况。

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一般而言,厄尔尼诺时期往往比其他月份更暖,热带东太平洋的大片暖区将额外热量传递给大气。同样,拉尼娜事件会使全球气温降低。两种情况下,影响往往都有一定滞后:事件初期对全球气温的影响较小,到事件结束时影响更大,或稍晚一些才达到最大。

将气候模型与观测数据进行比较

气候模型提供基于物理原理的未来变暖估算,这些估算基于对未来排放、温室气体浓度及其他气候影响因素。

2005年之前的模型气温估算是使用已知的历史气候影响因素进行的“回溯”(hindcast)模拟,而2005年之后的预测气温则是基于对未来可能变化的估算所作的“预报”(forecast)。

下图展示了IPCC第五次评估报告中所采用的各个模型预测的范围,这些模型统称为CMIP5模式,图中以灰色阴影显示1970年至2020年间的范围,所有模型的平均预测以黑色显示。各观测气温记录以彩色线条表示。

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2005年至2014年间,全球气温的升温速度略低于气候模型预测的速度,而近几年则基本接近模型平均值。这一点对于全球完整的温度记录尤为明显,例如NASA、Berkeley Earth以及Copernicus再分析数据,它们包含整个北极地区的温度估算。在2015至2016年的超强厄尔尼诺事件期间,气温高于多模型平均值,而在2018年拉尼娜期间则略低。近几个月,气温一直在回升。

海洋热含量创历史新高

人类排放的温室气体会将额外热量困在大气中。其中一部分热量使地表变暖,而绝大部分——超过90%——则进入海洋。其中大部分热量积聚在海洋上层700米,但也有一部分混入深海。

海洋热含量(OHC)估算值自1940年至今,下图展示了海洋上层700米(浅蓝色阴影)和700至2000米(深蓝色)两个深度的数据。

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2019年前几个月,OHC已创下新纪录,尤其是2019年2月和3月出现了明显跃升。Lijing Cheng博士,是中国大气物理研究所的副教授,也是OHC数据集的首席研究员,他告诉Carbon Brief,这一异常跃升集中在“北纬40度左右、大西洋300米以下”。他提醒,在研究人员有时间调查并确认数据准确之前,不应根据最近两个月的数据得出结论。

从许多方面来看,OHC比全球平均地表温度更能体现气候变化。大部分额外热量最终进入海洋,而且海洋热含量的年际变化远小于地表温度。大多数年份的OHC都会创下新纪录,2019年迄今也不例外,前三个月的OHC是有记录以来最暖的。

与地表相比,OHC记录中更容易检测到变暖速率或幅度的变化。例如,在OHC记录中几乎看不到2000年代中期地表温度记录中所显示的变暖放缓迹象。此外,它还显示1991年之后出现了明显加速,与过去几十年温室气体排放量的增加相吻合。

海平面持续上升

2019年迄今,现代海平面升至新高,原因是多种因素共同作用:陆地冰(冰川和冰盖)融化,以及水体升温引起的热膨胀。

下图显示了自1990年代初卫星首次测量以来全球海平面的上升情况。不同颜色的线条代表多年来不同的卫星任务。验潮仪提供的更早海平面数据也可获得,其数据可追溯至1800年代末。

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海平面上升对全球地表温度很敏感:气温稍高的厄尔尼诺年份往往比拉尼娜年份的海平面上升更快。例如,2014年至2016年海平面上升迅速。然而,这些只是围绕长期稳定趋势的相对较小波动。总体而言,自1990年代初以来海平面约上升8.5厘米,而自1880年代以来约上升22厘米。

海平面数据已针对冰川均衡调整进行校正,即约2万年前覆盖北美和欧洲大部分地区的数公里厚冰盖消融后地球的回弹。这一调整幅度相对较小,仅使海平面上升速率增加约0.3毫米/年,约占当前海平面上升速率的10%。

大气甲烷迅速增加

虽然二氧化碳是全球气温上升的最大因素,约占自1750年以来“辐射强迫”增量的约50%;甲烷位居第二,占强迫增量的29%。

大气甲烷浓度在1980年代中期至1990年代初迅速上升,随后增速放缓,并在1990年代末和2000年代基本停滞。然而,从2008年起,大气甲烷浓度重新开始增长,并在过去四年中出现了明显加速。下图显示了甲烷浓度,单位为十亿分之一(ppb),时间范围自1980年代初全球测量数据首次可得时起,直至今日。

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过去十年甲烷浓度上升的原因仍是科学争论的焦点。一些研究认为热带湿地和水稻种植是主要元凶,而非常规油气开采的扩张所起作用有限。另一些观点认为化石燃料在这一增长中所起的作用与农业同样重要。

与二氧化碳不同,甲烷在大气中的寿命相对较短,平均仅持续约九年便会分解为其组成成分。这意味着,即使排放量保持不变,二氧化碳仍会持续累积,而大气中甲烷的含量则与排放速率直接相关。因此,近年来大气浓度的上升反映了甲烷排放量的增加。

北极海冰创历史新低

2019年初,北极海冰大部分时间处于历史范围的低端,并且在过去一个月里已降至一年中同期的历史最低水平。南极海冰在1月初创下历史新低,但此后已有所回升。2019年北极海冰冬季最大范围和南极夏季最小范围,分别位列各自卫星记录中的第七小。

下图显示了2019年北极和南极海冰范围(红色和蓝色实线),1979年至2010年记录中的历史范围(阴影区域)以及历史最低纪录(黑色虚线)。与全球气温记录不同,海冰数据每天收集并更新,因此海冰范围可查看至今日。

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下图显示了1978年至2019年间每年每周的北极海冰平均范围。(1978年之前,卫星对海冰范围的测量数据不可用,且数据可靠性要低得多。)

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该图清晰、稳定地显示了自1970年代末以来北极海冰的减少,较深的颜色(较早年份)位于顶部,较浅的颜色(较近年份)则位于下方,位置低得多。现今一个典型夏季北极的海冰量几乎只有1970和1980年代的一半,但2012年仍保有夏季海冰最小范围的记录。

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