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王伟光
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李 扬
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    2014年全球最暖年气候监测及其可能成因研究

    作者:周兵 聂羽 王朋岭 出版时间:2015年11月
    摘要:

    全球气候变暖和极端气候事件增多是气候变化的两个重要事实。2014年,全球平均的地球表面温度再创新高,成为1850年以来最暖的年份。本文利用1850~2014年的陆表气温、海表气温、海洋热容量、降水、海冰范围等气候系统的观测资料,从气候变化的角度,综合分析了全球地表气温、海洋热容量、关键区域地表温度的气候变化特征,揭示了最暖年气候观测与监测的观测事实。同时,本文从人类活动与海洋强迫等因子出发,分析了导致最暖年出现的可能机理。最后,提出了气候变暖可能带来的危害,以及需要采取的相应措施。

    Abstract:

    Global warming and frequent extreme weather events are two important facts under climate change. In 2014,the global mean surface temperature continues the planet’s long-term warming trend,which ranks as Earth’s warmest year since 1850. Using the observational datasets of land surface air temperature,sea surface temperature from 1850 to 2014 and ocean heat content,precipitation,sea ice extent,this paper examines the observational climate status in warmest year by analyzing the changing characteristics of the global surface temperature,ocean heat content as well as the surface temperature in key regions. Meanwhile,this paper analyzes the possible cause of the warmest year from the viewpoints of human activities and the oceanic forcings. Based on these analyses,the paper points out some possible damages caused by the climate warming and further proposes some possible strategies to adapt the climate change.

    一 全球最暖年气候系统观测事实

    (一)全球平均表面温度的变化

    世界气象组织发布的2014年全球气候状况声明显示,在综合考虑英国气象局哈德莱中心和英国东英吉利大学气候研究所(HadCRU4)、美国NOAA国家气候资料中心(NCDC)及NASA戈达德空间研究所(GISS)全球温度数据集的前提下,2014年全球平均的表面温度比1961~1990年的平均值(14.0℃)高0.57℃,比过去10年(2005~2014年)的平均值高出0.08℃,成为1850年有记录以来的最暖年份(见图1)。在有现代气象记录以来的15个最暖年份中,除1998年外,其他14个最暖年份均出现在21世纪。分析显示:全球变暖趋势在持续,气候系统变暖毋庸置疑。

    图1 1850~2014年全球年平均温度距平变化(相对于1961~1990年平均)

    2014年,全球大部分陆地区域年平均气温高于或接近1961~1990年的平均值。欧洲大部、俄罗斯中南部和远东地区、东亚部分地区、包括阿拉斯加在内的北美大陆西部、非洲北部、澳大利亚西部和南部地区等地气温偏高超过1℃(见图2);仅北美大陆中东部和中亚的部分地区年平均气温低于长期平均值。其中,欧洲的英国、法国、荷兰、瑞士等19个国家的年平均气温创下有记录以来的最高纪录;墨西哥同样经历有记录以来的最暖年份,阿根廷出现有记录以来的第二暖年;澳大利亚年平均气温成为1910年有记录以来的第三高值。

    2014年全球平均温度创历史新高,其主要贡献源自海洋。太平洋北部和东北部、极地和亚热带北大西洋、西南太平洋、南大西洋部分海域和印度洋大部区域海表温度(SST)明显偏高;仅在南大洋、格陵兰以南海域、热带东南太平洋部分海域SST低于常年平均水平。

    图2 2014年全球地表气温距平分布(相对于1961~1990年平均)

    (二)不同纬度带的地表气温变化

    观测分析表明,在全球气候变化的背景下,不同纬度带的地表气温变化呈现不同的趋势。近30年以来,全球平均的地表气温仍在持续升高(见图3)。其中,北半球气温升高趋势明显大于南半球的升温趋势。此外,在南北半球,中高纬度地区的气温升高趋势最明显,且气温的变化幅度也最大。

    图3 不同纬度带的地表平均气温变化(相对于1961~1990年平均)

    (三)全球降水的监测

    2014年全球平均降水量接近常年值1033毫米,降水显著偏少的区域主要出现在美国西南部、中国东北地区、巴西东部等;降水偏多区域分布在阿根廷北部、玻利维亚、巴拉圭和巴西南部和巴尔干半岛的南部(见图4)。

    图4 2014年全球降水距平百分率的空间分布特征

    (四)大气环流的监测

    关于2014年大气三圈经向环流变化的分析表明:全球地表气温的气候变化对应大气环流的调整。2014年,热带哈德莱环流总体向南移动(见图5),南北半球的温带急流向南移动(见图6)。北极地表的增暖造成温带急流北侧大气低层的经向热力梯度减小,根据大气的热成风调整关系,经向热力梯度减小对应纬向风速减小,进而引起温带急流的南移。

    图5 2014年大气三圈环流的气候异常

    图6 2014年纬向平均的纬向风的气候异常

    (五)海洋热容量与海表温度变化

    对应地表气温的增暖趋势,一个事实不可忽略,那就是气候变暖不仅关乎大气本身,而且,占全球面积大约2/3的海洋也在其中发挥着不可替代的作用,其加热过程具有惯性效应。研究表明,来自化石燃料以及其他人类活动的温室气体在大气之中贮存了多余的能量,其中93%都被海洋承载。日本气象厅的监测也显示,1950年以来,0~700米深度海洋热容量以每10年(2.11±0.03)×1022焦耳左右的速率增长,2014年为海洋热容量最高的一年。美国国家海洋和大气管理局最新公布的上层海洋(0~2000米)热含量曲线(见图7)显示,2014年全球海洋继续变暖,整层热容量达到极大值。因此,全球平均的海温热容量也在持续上升。

    图7 海洋热容量(0~700米)异常值的逐年变化

    北大西洋年代际振荡(AMO)是发生在北大西洋区域海盆空间尺度的、多年代时间尺度的海温自然变率,振荡周期为65~80年。1950~2014年,北大西洋(北纬0~60°,西经0~80°)海表温度总体呈上升趋势,并表现出明显的年代际变化特征:20世纪50年代海表温度偏高,60~70年代海表温度以偏低为主,20世纪80年代中期以来北大西洋海表温度持续偏高(见图8a)。2014年,北大西洋平均海温距平为0.39℃。1950~2014年,热带印度洋(南纬20°~北纬20°,东经40°~110°