近万年来，全球是在变暖，还是在变冷？ Steed 发表于 2014-08-22 18:43 工业革命前的10000年里，地球的全球气温是不断升高，还是有所降低？这还真是个问题。图片来源：wallgang.com 联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change）最近要求，在他们的年度报告中绘制一幅图表，以显示全球气温在过去10000年间的变化趋势。据美国威斯康星大学麦迪逊分校的官方网站报道，该校气候研究中心教授刘征宇听到这个消息时的第一反应是——这下可麻烦了。 刘征宇和他的学生、同在威斯康星大学麦迪逊分校的朱江，与来自世界各地的其他一些科学家合作，一直在利用物理学模型来模拟气候变化。8月11日，他们在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上发表了一篇研究论文，描述了他们所用的3种气候模式得出了一致的趋势：在所谓的全新世（Holocene），也就是我们当前所处的地质年代，全球气温一直在上升。 然而，这一结论与美国俄勒冈州立大学的肖恩·马考特（Shaun Marcott）2013年在《科学》杂志上发表的另外一项研究相矛盾。那项研究调查了其他科学家从全球73处地点采集的冰芯及浮游生物沉积物等样本，收集了从中分析得出的温度数据。由此得出的结论是，全球从大约7000年前开始进入了一段降温期，直到工业革命人类开始大规模影响气候变化。 “研究气候变化最主要的手段有两种：一是对气候变量，比如温度，进行直接或者间接的观测；二就是利用全球气候模式，对气候变量进行数值模拟。”朱江在接受果壳网采访时说，“我们的研究团队首次系统地提出，这两种手段对全新世全球温度变化趋势得出的结论截然相反：气候代用资料表明全球平均温度降低了约0.5℃；气候模式结果表明温度升高了约0.5℃。” “现在，我们遇到了一个顽固的矛盾，”在校方发布的新闻稿中，刘征宇表示，“观测数据显示全球在变冷。物理模型却显示全球在升温。” 这些科学家把这个问题称为“全新世温度变化之谜”（the Holocene temperature conundrum），这也是他们在《美国国家科学院院刊》上发表的那篇论文的标题。 气候代用资料 “全球气温的可靠测量始于1856 年，而高覆盖的卫星观测仅始于1978年。”朱江对果壳网解释说，“对于更早的温度变化，我们只能利用一些环境记录来反演，比如树木年轮（tree ring），冰芯（ice core）和珊瑚（coral）中的稀有同位素，海洋沉积物中浮游性有孔虫（Planktonic foraminiferal）外壳的钙镁比值，以及海洋沉积物中长链烯酮（Alkenone）的不饱和度等等。这些资料称为‘代用资料’，因为在某种程度上，我们可以利用它们间接推测出温度变化的趋势。” “不难想象，气候代用资料有很大的不确定性。”朱江表示，“以浮游性有孔虫外壳的钙镁比值为例，这个比值常被用来反演海表温度。实际上，钙镁比值除了和有孔虫生长时的环境海水温度密切相关，还与海水盐度以及碳酸离子浓度有关。此外，我们反演出的海水温度，更多地代表了浮游性有孔虫生长季节的海水温度，而并不是严格意义上的年平均温度。” 在2013年发表在《科学》杂志上的那项研究中，马考特等人调查了其他科学家从全球73处地点采集的冰芯、浮游生物沉积物等样本，并收集了从中分析得出的数据。但是，他们收集的数据有时候相互矛盾，特别是在北半球。 由于解释这些代用资料非常复杂，刘征宇及其同事相信，它们或许无法恰当地提供一个全局图景。举例来说，从夏季沉积的岩芯中采集的生物样本，与同一个地点在冬季沉积的岩芯中采集的样本，或许就会存在差异。这是去年那项研究的作者都承认的一个局限性。 蓝色为气候代用资料表示的温度变化（Marcott et al ., 2013 and Shakun et al. , 2012）。黑色和黄色为气候模式模拟的温度变化（平均方式略有不同）。红色表示考虑气候代用资料可能的季节偏差订正后所得到的全球平均温度。摘自Liu et al ., 2014. 气候模式 “全球气候模式是用来模拟大气、海洋、陆地和海冰，以及它们之间相互作用的数学模型。”朱江继续解释说，“气候模式被广泛应用于气候和古气候变化研究，也被大量用于预测将来的气候情景，尤其是考虑到大气中二氧化碳等温室气体的浓度即将达到过去几百万年来从未有过的高值。” 朱江对果壳网说：“在这项研究中，我们使用了3个来自不同研究中心的气候模式，分别模拟了全新世的气候变化。”这些模拟考虑了诸多影响气候的因素，包括地球上接受的阳光强度，全球温室气体的浓度，冰盖的覆盖率以及融水的变化等等。每个模型都显示，过去10000年来全球在变暖。 刘征宇也在校方发布的新闻稿中表示，过去的10000年来，大气中的二氧化碳水平在20世纪之前升高了20 ppm（1 ppm为百万分之一），末次冰盛期（Last Glacial Maximum）的大规模冰盖也一直在消融。这些物理变化暗示，全球年平均温度应该是在持续升高——虽然地球上某些局部地区经历过降温，比如16世纪和19世纪之间欧洲经历的小冰期（Little Ice Age）。 按照刘征宇及其同事目前的认识，他们不相信过去10000年间有任何物理量能够强大到足以逆转上述气候变暖的趋势。他们在研究中所用的气候模式也显示，这是不可能的。 套用刘征宇在新闻稿中的话来说，“基本物理定律说温度会上升，那就必定会变暖。” 当然，气候模式也存在一些已知的不足，比如模型中没有考虑火山活动的影响，而火山喷发可能导致降温。不过这些研究者指出，没有证据表明全新世发生过剧烈的火山活动。此外，模型也没有考虑尘埃和植被的影响，它们也都可能导致降温。 归根到底，过去10000年来，全球是在升温还是在降温？换句话问，到底谁说得对呢？刘征宇说：“或许，我们全都不完全正确。部分问题可能出在数据上，因为2013年那项研究中有些数据本身就相互矛盾。也有可能部分问题出在模型上，因为模型没有考虑所有的物理机制。” 不过，朱江特别强调，他们的这一研究结果，跟工业革命以来人类活动导致的全球变暖并无冲突。“我们采用的3个模式都能较好地模拟出过去100多年的全球增暖，增暖幅值和全球气温的直接观测大致相当。而且，模式研究都表明，人类活动导致的温室气体排放是如今全球变暖的主要原因。” “古气候模拟结果和代用资料的矛盾，不能简单地用来否定气候模式对当今气候的模拟能力。”朱江说，“因为一方面，古气候代用资料有很大的不确定性，不能用来作为评估古气候模拟的绝对标准。另一方面，我们对于当今气候强迫量的认识完备性，也要远超对古气候强迫量的了解。” 气候科学家计划在今年秋天召开会议，共同探讨全新世的这一温度变化之谜。（编辑：Calo） 参考文献： Liu, Z., J. Zhu, Y. Rosenthal, X. Zhang, B. L. Otto-Bliesner, A. Timmermann, R. S. Smith, G. Lohmann, W. Zheng, and O. Elison Timm (2014), The Holocene temperature conundrum, Proceedings of the National Academy of Sciences , In press, doi:10.1073/pnas.1407229111. Marcott, S. A., J. D. Shakun, P. U. Clark, and A. C. Mix (2013), A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years, Science , 339(6124), 1198-1201, doi:10.1126/science.1228026. https://www.guokr.com/article/439045/ 需要历史记录来证实：全球变暖留给人类只剩12年? 来源：科学网 2018.10.11 我要分享 需要历史记录来证实： 全球变暖 留给人类只剩12年? 杨学祥 关键提示：2018年10月9日， 联合国 气候变化 专门委员会（ IPCC ）发布重磅警告：全球升温幅度需控制在1.5摄氏度，否则地球在2030年之后会迎来毁灭性气候。简单来说，留给我们的时间只有短短12年了。 不过，这一结论只是模型计算的结果，缺乏历史证据。 1991 年美国环保局专家 Titus 指出：“冰期中全球温度比现在低 3~5 o C ，海面比现在低 100m 。末次间冰期较今高 1~2 o C ，海面高 5~7m 。而下一个世纪本行星可能要变暖 5 o C ，比最近 200 万年来的任何时候都要温暖，海平面上升问题的严重性不容忽视。” 历史证据表明，末次间冰期较今高1~2 ，海面高5~7m 。当时并没有出现人类生存危机。因此，“全球升温幅度需控制在1.5摄氏度，否则地球在2030年之后会迎来毁灭性气候”的结论违背历史纪录，其真实性值得怀疑和认真地研究。 相关报道： 全球变暖的极限：近千年 海平面上升 不会超过6米 杨学祥 ，杨冬红 二十五年前美国环保局专家 Titus 指出：“冰期中全球温度比现在低3~5 o C，比最近200万年来的任何时候都要温暖，海平面上升问题的严重性不容忽视。 Wu和Peltier（1983）估计北半球劳仑泰德冰盖和斯堪的纳维亚的冰盖于18000年前开始融化，快速融化始于1350年前到7000年前，7000-5000年前间的冰川融化速度减少。Jaritz和Ruder（1977）绘出 莫桑比克 全新世 海面变化曲线，10000-8000年前期间海面以每百年2.65米的速率快速上升，8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，为每百年0.47米。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。此后海面缓慢下降至现代海面位置。 图1 鹿回头地区 全新世 海平面变化曲线 全球变暖 留给人类只剩12年 90后五险一金白交了？ 世界都要没了。。。。。。 就在昨天，联合国气候变化专门委员会（IPCC）甩出一记重磅警告： 全球升温幅度需控制在1.5摄氏度，否则地球在2030年之后会迎来毁灭性气候。 简单来说，留给我们的时间只有短短12年了。 12年？网友们炸开了锅。 “这已经说得够清楚了，我们的时间已经不多了” “不是我们了结 气候变暖 就是我们自己先被了结了” “哪怕是涨1.5摄氏度对我们的下一代来说也真是够残忍的。” “想想我们下一代之后得忍受什么样的高温天，还不赶紧着想想办法？” 到底是怎么回事呢？ 这就要说到今年的夏天，北半球就没有消停过。 先是北极圈内出现罕见高温，气温一度超过30℃。冰川崩裂，积雪消融，无家可归的北极熊不得不跋涉更远的距离去寻找食物。 一位 摄影师 在位于北极圈内的 加拿大 巴芬岛 上捕捉到了令人唏嘘不已的画面： 饿得瘦骨嶙峋的北极熊拖着沉重的脚步，跋山涉水寻找食物，最后只能从一个汽油桶中扒出来一点点残渣来填饱肚子。 气温升高，冰川融化， 海平面上升 … 种种极地气候的极端变化，如同多米诺骨牌一般，殃及到了北半球其他地方，一发不可收拾。 首先，最明显的就是极端高温： 北欧 城市 瑞典 创下百年纪录的高温，引发森林火灾。 英国 部分地区今夏持续高温干旱，创下50年以来最干旱夏天的纪录 气温升高也引发了全球范围的极端天气。 美国加州山火肆虐。新的IPCC报告认为，如果气候不能得到控制，这种野火将越来越频繁。 飓风 弗洛伦斯 在今年夏天肆虐美国，导致620万人眼看着自己家被飓风吞噬，无奈被迫撤离家园。 超强台风登陆 日本 ，大阪出现57年来最强风力——15级大风，全城陷入瘫痪。 随之而来的暴雨使得汽车像 饺子 一样泡在水里，飞机场瞬间变码头。 小汽车在风中表演漂移特技 值得注意的是，这一次的IPCC报告和2015年设定的《 巴黎协定 》不同的是，IPCC将气温升幅调整至1.5摄氏度，而非《巴黎协定》提出的2摄氏度。 区区0.5摄氏度的差距似乎无关痛痒？实际上一点点的温差对于地球的打击都是致命的。 打个比方吧： 如果温度多上升0.5摄氏度，北冰洋夏季无冰的可能性陡增10倍，海平面将多上升10cm，99%以上的 珊瑚 将消失殆尽。 不断濒临灭绝的生物，消失的天然 景观 ，被淹没的海边城市。。。。。。 试问，我们到底还能留住些什么呢？ 然而更糟的是，根据CNN报道，这1.5摄氏度的升温额度，已经被用掉了三分之二。 新报告表明：全球气温升高有望在2040年左右突破1.5度大关。 要避免“世界末日”的到来，只有在2030年前，将导致气候变化的主因二氧化碳的排放量，降到2010年45%左右的水平。而这显然会触动很多国家和行业的利益。 作为全球第二大温室气体排放国，美国就在今年6月1日国际儿童节这天，给地球以及人类的未来送上了一份惊天“大礼”：美国正式退出《巴黎协定》！ *科普时间：什么是《巴黎协定》？ 《巴黎协定》于2015年签署，2016年获美国及194个缔约国确认并于2016年11月正式生效。根据协定，各方以自主贡献的方式参与全球应对气候变化行动；发达国家继续带头减排，并加强对发展中国家的资金、技术和能力建设支持以帮助它们减缓和适应气候变化。 美国总统特朗普称：“ 巴黎协定 将使美国损失利益，并让其它国家如中国及 印度 获益。。。。。。这是将美国利益转给其它国家的协定，使美国处于不利竞争地位。这样的事情，只要我在位一天，就不容许它的发生，对不起了。 同时，特朗普还提出停止向一些 联合国 应对 气候变化 项目拨款，并大幅削减美国环保局的预算。 特朗普等美国国内一部分人始终认为“ 气候变暖 危机其实就是一场骗局，一场想要美国掏钱的骗局”。他们认为减少排放会损害美国经济发展，削弱 美国 的竞争力。 然而，自诩是食物链顶端的我们，似乎忘记了自己并非地球的主人。 中国科学院副院长丁仲礼在接受采访时就说过： 经常看到有人说“我们人类要拯救地球”，但地球并不需要人类去拯救！ 地球已有44~46亿岁，经历过很多不同的时期。但无论是哪个时期，无论地球曾经遭受过何等巨大灾难，无论是否有人类存在，地球都是地球。 所以，当有一天人类把地球的资源耗尽，把地球变得很热，海平面升高百米，即使人类会像 恐龙 一样消亡，地球还是地球。 今天，我们需要拯救的不是地球，恰恰正是我们人类自己。 现在， IPCC 这份报告向全球发出了一个清晰的警告： 拯救人类，我们还剩12年。 http://www.yidianzixun.com/article/0KEtrgpt http://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1140276.html
作者： 秦怡，林岩銮 A Diagnostic PDF Cloud Scheme to Improve Subtropical Low Clouds in NCAR Community Atmosphere Model (CAM5) ——Yi Qin, Yanluan Lin, Shiming Xu, His-Yen Ma and Shaocheng Xie https://doi.org/10.1002/2017MS001095 Alleviated double ITCZ problem in NCAR CESM1: a new cloud scheme and the working mechanisms ——Yi Qin and Yanluan Lin https://doi.org/10.1029/2018MS001343 台风山竹的凶猛来袭，美国的佛罗伦斯超级飓风，希腊接二连三的高温与野火，过去的这个夏天，各种极端天气在世界各地不断上演。全球气候变化开始严重影响人类的日常生活和社会经济活动。气候模式是预估未来气候变化的主要手段，但气候模式长期存在的系统偏差，如海洋低云偏少和双赤道辐合带问题，严重影响了我们对未来气候变化预估的可靠性。一系列研究表明，在气候模式中能否准确模拟海洋低云和热带降水的分布对预估未来全球变暖幅度以及极端天气的发生频率等具有至关重要的影响。美国国家大气研究中心（NCAR）的气候模式CESM1.0，是当前国际上最先进的气候模式之一，被广泛应用于气候研究和气候预估。然而，该气候模式在海洋低云和热带降水分布方面，依然存在较大偏差。 在CESM1.0中，云量的计算只依赖于格点的相对湿度以及一个可调节的固定低云形成阈值（Park-RH方案）。这不能反映模式网格内小尺度温度和湿度的分布，即次网格变率，对云形成和变化的影响。可以看到自然界中云的空间分布变化是非常大的（图1），必需充分考虑次网格变率的影响。 图1. MODIS卫星观测格拉西奥萨岛（红圈位置）附近500km的云分布（左图：2009年11月22日海洋层积云；右图：2010年8月30日浅积云）（图片来自：Re′ Millard et al.，2012） 日前，清华大学地球系统科学系的研究人员开发了一个新的统计云量方案。该方案（Gauss-PDF）把模式中的次网格变率和模拟的边界层湍流和浅对流过程直接联系在一起，从而能描述不同区域随时间变化的次网格变率。该方案不仅改进了热带海洋低云的模拟（图2），还有效缓解了原有CESM1.0 模式中双赤道辐合带偏差（图3）。 图2. 全球年平均低云云量(%)：(a) ISCCP观测，(b) Park-RH模拟，(c) Park-RH与ISCCP之差，(d) Gauss-PDF与Park-RH之差（图片来自：Qin et al., 2018） 图3. 全球年平均降水(mm/day)：(a) GPCP观测，(b) Park-RH模拟，(c) Park-RH与GPCP之差，(d) Gauss-PDF与Park-RH之差（图片来自：Qin and Lin, 2018） 新方案缓解太平洋双赤道辐合带偏差的主要机理是：增加的低云减小了到达地表的短波辐射，使太平洋东部的海温降低，从而增加了东西方向的海温梯度，增强了热带大气的纬向沃克环流和赤道以南的东南信风。增强的信风进一步加强了海洋混合层内自东向西的冷平流，造成赤道中太平洋的海温降低，从而缓解了热带的双赤道辐合带的模拟偏差（图4）。介绍这些成果的两篇文章陆续发表在Wiley期刊Journal of Advanced Modeling Earth Systems。 图4. 新统计云方案（Gauss-PDF）缓解双赤道辐合带偏差的主要机制（图片来自：Qin and Lin, 2018） 近几十年在气象科学家们的共同努力下，气候模式的系统偏差正在得到逐步的改善，也为气候模式更加准确预估未来的气候变化提供了更好的基础。本研究为改进热带海洋低云的模拟提供了一个实践依据，同时为改进双赤道辐合带偏差提供了新的解释机制。该方案目前已经被清华大学牵头发展的公共地球系统模式采用，有效改进了海洋低云模拟偏少和双赤道辐合带问题，推进了中国气候模式的发展。 通讯作者/课题组介绍 该项研究由清华大学地球科学系博士研究生秦怡，指导老师林岩銮教授及其他合作人员完成。林岩銮课题组主要关注气候模式以及天气模式中云降水过程相关的物理参数化方案的开发与改进，台风以及极端降水机理和模拟等研究。 期刊介绍 Journal of Advances in Modeling Earth Systems (ISSN 1942-2466, Impact factor: 3.97 ) is a Gold Open Access journal that publishes original research articles advancing the development and application of models at all scales in understanding the physical Earth system and its coupling to biological, geological and chemical systems.
长期以来，人们认为植物失水的主要途径是通过植物叶片的气孔，而叶片的表皮失水几乎可以忽略不计。根据最新的研究进展，科学家们忽略计算植物叶片水分损失中的这样一个误差，可能对估算植物通过光合作用所产生的能量带来偏差，这也可能危及全球气候模型，而且当植物处于供水严重不足的条件时，这些错误会显得特别明显 。 碳循环与水循环是陆地生态系统重要的生物化学过程和水文过程，同时它们的变化又可以反映陆地生态系统对气候变化的响应和适应过程。理论上，陆地生态系统的碳循环与水循环并非各自独立碳，而是相互制约的。从叶片水平来说，植物在进行光合作用时，气孔张开以便吸收大气中的二氧化碳，当水分丰富时，叶片气孔尽量张开以便让更多二氧化碳进入，使光合作用最大化，而随着气孔的张开，植物的水分又因蒸腾作用而损失。如果水分比较贫乏，或者发生水分胁迫时，叶片又会通过关闭气孔来阻止光合作用 。也就是说，植物气孔的活动会在获取更多的碳和失去更少的水分之间进行权衡（图）。虽然植物也可以通过叶片的表皮失水，但相比前者几乎可以忽略不计。因此，大多数研究人员认为，植物叶片水分损失与二氧化碳吸收之间存在一定的“耦合”，并将之推广到计算二氧化碳进入叶片的通量中。 图 气孔开闭与碳水之间的权衡 测量叶片内部的二氧化碳需要繁琐的专门定制设备，而叶片水分损失则容易测定，所以野外研究人员一般通过测定叶片水分损失来计算二氧化碳浓度。一旦获得了叶片中二氧化碳浓度，就可以计算出植物将之转化为能源物质的有效性，这是初级生产力的重要组分，也是一些气候模型的重要因子。 这种计算是基于通过气孔的水分流失的，忽视了直接通过表皮的水汽蒸发。最近的实验表明，当水充足时，该近似结果是可行的，但当水分很少时，气孔会关闭，就有很大比例的水分通过表皮蒸发。如果这一点不能进行调整，可能就难于计算植物在光合作用过程中如何将CO 2 转化为糖。也就是说，在气孔关闭的条件下，继续忽略叶片表皮水蒸发可能是一个巨大的错误。 2015年，Hanson首先意识到了这个问题，在一次研讨会上，Hanson用数据展示了叶片细胞的性质如何限制其对二氧化碳的捕获，Boyer为他提供了另外一个解释——通过表皮的水分损失，并描述了他实验室在1980年代所收集的数据，那个时候几乎没有引起什么注意。Boyer的研究小组发现，当水分丰富、气孔张开时，叶片表皮损失的水分会使向日葵叶中二氧化碳浓度的计算偏高15%。当气孔完全关闭时，预测的二氧化碳浓度比叶片内直接测定的值高六倍。 叶片内的二氧化碳是气候模型的核心特征，也有助于人们理解光合作用是如何运作的。于是，接着六个月时间，Hanson就着手进行第一个测量。显然，这里尽量消除测量误差显然是很重要的，所以Hanson也试图简化测量方法，以便其他实验室也可以按照同样的方法进行更多测试。 当然也有反对的意见。植物生理学家Donald Ort说，这个问题虽然很有趣，但可能意义不大，因为只有在极度干旱的条件下，通过表皮的水分损失才会显得比较重要。对于全球的初级生产力估算来说，应该没有什么影响。 Hanson反驳说，在他尚未发表的一项有关油菜（ Brassica napus ）的研究中，由于没有考虑到表皮水分损失的问题，结果即使在水分条件良好的情况下，也高估了水分通过气孔损失达12.6%。 点评：从生态系统水平来看，除了植物呼吸，土壤呼吸还通过土壤孔隙向大气释放二氧化碳，同时也伴随物理性蒸发和生物蒸腾作用将水分散失到空气中，因此陆地生态系统中碳、水循环通过光合作用、呼吸作用以及蒸发散过程构成了更为复杂的联系。 参考资料 Overlooked water loss in plants could throw off climate models, Nature 546, 585–586 (29 June 2017) doi:10.1038/546585a Kurc, S. A., and E. E. Small (2007), Soil moisture variations and ecosystem-scale fluxes of water and carbon in semiarid grassland and shrubland, Water resources research , 43(6), W06416. Luxmoore, R. J. (1991), A source–sink framework for coupling water, carbon, and nutrient dynamics of vegetation, Tree Physiology , 9(1-2), 267-280.
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