全球变暖趋缓研究进展

近十几年来,全球年平均表面温度上升趋势显示出停滞状态,即全球变暖趋缓,这引起了国际社会的广泛关注,同时也引发了对全球变暖的质疑,各国气候学家正努力就全球变暖趋缓的事实、原因及其可能影响展开研究。本文综述了目前国内外对全球变暖趋缓的研究结果。多数科学家认可近十几年来全球变暖停滞的事实,并认为太阳活动处于低位相、大气气溶胶（自然和人为）增加以及海洋吸收热量是变暖停滞的可能影响因子,其中海洋（尤其是700米以下的深海）对热量的储存可能是变暖停滞的关键。国际耦合模式比较计划第5阶段中的模式并未精确地描述各种有利降温影响因子的近期位相演变,因而其模拟的近期增暖趋势较观测偏强。由此推断,变暖停滞主要是自然因素造成的,并且预测变暖趋缓将在近几年或几十年内结束（依赖于太平洋年代际振荡的位相转变）,未来气温将仍主要受到温室气体增加的影响而表现出明显的上升趋势。因此,目前的全球变暖趋缓不大可能改变到本世纪末全球大幅度变暖带来的风险。本综述展望未来的研究热点包括:精确估算全球气温和海洋热含量的变率及其不确定性,海洋年代际信号（太平洋以及大西洋的年代际振荡）的转型机制,存储在深海的热量将在何时返回海洋表面及其对区域气候的潜在影响。     

近百年全球气候变暖的分析

本文对比分析了IPCC，Vinnikov，Jones及Hansen的北半球，南半球及全球共12个地面温度序列，以及中国的气温序列。资料为1880—1991年。近百年气候变暖的速度为0.5℃/100 a。温度的长期变化趋势占序列总方差60%以上。但气候变暖有突变性，在1890年代中，1920年代中及1970年代末有3次突然气候变暖。分析表明，总的变暖趋势与CO2浓度及太阳活动有密切关系。火山活动也可能有一定作用。但前两次突然变暖可能与火山活动沉寂有关。最后一次突然变暖则可能是温室效应加剧的结果。     

东亚冬季风的年代际变化及其与全球气候变化的可能联系

对近年来中外关于东亚冬季风(EAWM)年代际变化问题研究进展做了回顾和评述,主要包括以下3个方面内容:(1)东亚冬季风明显受到全球气候变化的影响,从20世纪50年代开始,中国冬季气温经历了一次冷期(从20世纪50年代延续到80年代初中期),一次暖期(从20世纪80年代初中后期延续到21世纪初)和近10-15年(约从1998年开始)出现的气候变暖趋缓期(也称气候变暖停顿期)。(2)东亚冬季风主要表现出强-弱-强3阶段的特征,即从1950年到1986/1987年,明显偏强;从1986/1987年冬季开始,东亚冬季风减弱;约2005年之后,东亚冬季风开始由弱转强。与东亚冬季风的年代际变化特征相对应,东亚冬季大气环流以及中国冬季气温和寒潮都表现出一致的年代际变化。(3)东亚冬季风的年代际变化与大气环流和太平洋海表温度(SST)的区域模态变化密切相关。当北半球环状模/北极涛动(NAM/AO)和太平洋年代际振荡(PDO)处于负(正)位相,东亚冬季风偏强(弱),中国冬季气温偏低(高)。此外,北大西洋年代尺度振荡(AMO)对东亚冬季风也有重要影响,在AMO负位相时,对应东亚冷期(强冬季风),正位相对应暖期(弱冬季风)。因而海洋的年代际变化是造成东亚冬季风气候脉动的主要自然原因,而全球气候变暖对东亚冬季风强度的减弱也有明显影响。     

2℃全球变暖背景下中国未来气候变化预估

相对于工业化革命前期, 全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注, 特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标。为此, 本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果, 采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况。根据模式集合平均结果, 三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年, 大气二氧化碳当量浓度分别为625 ppm、645 ppm和669 ppm (1 ppm=10-6)。对应着2℃全球变暖, 中国气候变暖幅度明显更大。从空间分布形势上看, 变暖从南向北加强, 在青藏高原地区存在一个升温大值区; 就整体而言, 中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃, 冬季升温幅度 (3.1～3.2℃) 要较其他季节更大。年平均降水量在华南大部分地区减少0～5%, 而在其余地区增加0～20%, 中国区域年平均降水增加3.4%～4.4%, 各季节增加量在0.5%～6.6%之间。     

Climate Change over China with a 2°C Global Warming

相对于工业化革命前期,全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注,特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标.为此,本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果,采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况.根据模式集合平均结果,三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年,大气二氧化碳当量浓度分别为625 ppm、645 ppm和669 ppm(1 ppm=10-6).对应着2℃全球变暖,中国气候变暖幅度明显更大.从空间分布形势上看,变暖从南向北加强,在青藏高原地区存在一个升温大值区;就整体而言,中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃,冬季升温幅度(3.1～3.2℃)要较其他季节更大.年平均降水量在华南大部分地区减少0～5％,而在其余地区增加0～20％,中国区域年平均降水增加3.4％～4.4％,各季节增加量在0.5％～6.6％之间.     

A multidecadal oscillation in the northeastern Pacific

研究表明北太平洋海洋内部模态能够通过海气相互作用导致气候系统振荡和全球气候响应。最好的例子就是太平洋年代际振荡(PDO),但是以往的研究中发现很多气候年代际变化现象用PDO没法给与很好的解释。本研究通过分析过去140年的资料发现北太平洋区域另外一个多年代际振荡模态,并将其定义为太平洋多年代际振荡(以下简称PMO),其表现为北太平洋白令海峡以南和阿拉斯加湾流区域海表面温度存在60年左右周期的异常偏高或者异常偏低。随着海温这一低频振荡的发生,全球气温、降水都表现出显著的年代际异常。更重要的是,PMO超前全球气温2–3年和海温3–7年发生转变。与此同时,北极涛动形态和大气环流随着PMO正负位相的转变也发生改变。由于PMO与全球温度有着很好的关系,因此PMO的发现对全球变暖趋势长时间尺度预报的改进有着重要作用。     

塔城地区近45年气候变化分析

利用1960—2004年气温、降水、初终霜、日照等资料,分析塔城地区气候变化特点。通过分析发现:塔城地区年降水变化不显著;年平均气温以0.46℃/10a的速率变暖,其中冬季变暖最为突出;年平均气温在20世纪60年代中期、60年代末分别发生了一次明显的突变。     

围绕全球变暖“停滞”的争论

正IPCC第五次评估报告~([1])(AR5)给出近15年全球年平均地表温度的变暖趋势有"停滞(hiatus)",即从1998—2012年4套全球年平均地表温度观测资料计算得到变暖趋势是:(0.05士0.10)℃/10a。在AR5撰写过程中和2013年正式发表以来,对于近15年全球变暖是否出现停滞一直存在争议:是否出现了停滞?停滞的原因?为什么众多模式在考虑人类排放温室气体增加的历史模拟试验中都没有模     

晋中市气候变暖的特征及对策建议

全球气候变暖已经成为不争的事实。近百年全球平均地表温度上升了0．74℃,中国地表气温增暖0．5℃～0．8℃,山西近50年平均温度每10年上升0．25℃,晋中近50年平均温度每10年上升0．2℃。由于气候变暖将涉及到政治、经济和社会问题,所以引起了政府及专家的极大关注。     

自然驱动是全球气候变化的重要因素

2007年IPCC公布的第四次评估报告指出,过去50 a观测到的地球平均温度升高很可能(90%以上)是由人类活动引起的,其中主要是人类活动引起的温室气体排放的增加.高精度的卫星数据分析结果显示,30 a来全球气温呈振荡变化,除受厄尔尼诺、火山活动等重大自然现象影响外,并未出现异常增温现象,仍处在正常波动范围内;加勒比海...     

中国近海海表温度对气候变暖及暂缓的显著响应

基于多套全球海温再分析数据和2种线性趋势分析方法,评估了1958-2014年中国近海海表温度（SST）的变化及其对全球气候变化的响应特征,并与全球平均地表温度特别是与若干重要海区的SST做了比较。研究表明：在全球变暖的显著加速期（1980年代和1990年代）,中国近海区域年平均SST表现出更快速的升温特征,其速率达0.60℃/10a,是同期全球平均升温速率的5倍以上;在变暖暂缓期（1998-2014年）,中国近海SST出现显著的下降趋势。研究还表明,中国近海区域SST的年代际变化与太平洋年代际涛动（PDO）的位相转换一致,前者SST的快速上升（下降）期与PDO正（负）位相最大值的时期相对应,PDO可能是通过东亚季风和黑潮影响中国近海SST的年代际变化。     

广西近百年气温和降水序列的多时间尺度分析

对广西近百年平均气温及降水量变化进行了多时间尺度的层次结构研究,并与Nino3区的海温距平进行奇异交叉谱分析。结果表明：平均气温有较强上升趋势并伴有明显的准两年周期振荡;降水则呈下降趋势,主要周期为32 a左右及准两年振荡。1884至1910年代初,广西处于干冷期;1910年代初至1930年前后,处于湿冷期;1930年前后至1950年代后期,处于湿暖期;1950年代后期至1990年代前期,处于干暖期。ENSO事件3~7 a的周期对广西平均气温及降水影响显著,赤道太平洋海温变化对广西气温的影响主要表现在年代际变化上,对降水的影响主要体现在年际变化上。     

Unprecedented Warming Revealed from Multi-proxy Reconstruction of Temperature in Southern China for the Past 160 Years

Using the southern limit of snowfall recorded in Chinese documents, chronologies of tree-ring width, and tree-ring stable oxygen isotope(δ~(18)O), the annual temperature anomaly in southern China during 1850–2009 is reconstructed using the method of signal decomposition and synthesis. The results show that the linear trend was 0.47℃(100 yr)~(-1)over 1871–2009,and the two most rapid warming intervals occurred in 1877–1938 and 1968–2007, at rates of 0.125℃(10 yr)~(-1)and 0.258℃(10 yr)~(-1), respectively. The decadal variation shows that the temperature in the moderate warm interval of the 1910s–1930s was notably lower than that of the 1980s–2000s, which suggests that the warming since the 1980s was unprecedented for the past 160 years, though a warming hiatus existed in the 2000s. Additionally, there was a rapid cooling starting from the 1860s,followed by a cold interval until the early 1890s, with the coldest years in 1892 and 1893. A slight temperature decline was also found from the 1940s to the late 1960s. This study provides an independent case to validate the global warming for the past 160 years and its hiatus recently, because the proxy data are not affected by urbanization.     

Modulation of decadal ENSO-like variation by effective solar radiation

Prediction of the Pacific sea surface temperature (SST) anomaly in the coming decades is a challenge as the SST anomaly changes over time due to natural and anthropogenic climate forcing. The climate changes in the mid-1970s and late-1990s were related to the decadal Pacific SST variability. The changes in the mid-1970s were associated with the positive phase of decadal El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-like SST variation, and the changes in the late-1990s were related to its negative phase. However, it is not clear whether this decadal SST variability is related to any external forcing. Here, we show that the effective solar radiation (ESR), which includes the net solar radiation and the effects of volcanic eruption, has modulated this decadal ENSO-like oscillation. The eastern Pacific warming (cooling) associated with this decadal ENSO-like oscillation over the past 139 years is significantly related to weak (strong) ESR. The weak ESR with strong volcanic eruption is found to strengthen the El Niño, resulting in an El Niño-like SST anomaly on the decadal time scale. The strong eruptions of the El Chicho’n (1982) and Pinatubo (1991) volcanoes reduced the ESR during the 1980s and 1990s, respectively. The radiation reduction weakened the Walker circulation due to the “ocean thermostat” mechanism that generates eastern Pacific warming associated with a decadal El Niño-like SST anomaly. This mechanism has been confirmed by the millennium run of ECHO-G model, in which the positive eastward gradient of SST over the equatorial Pacific was simulated under the weak ESR forcing on the decadal time scale. We now experience a reversal of the trend in the ESR. The strong solar radiation and lack of strong volcanic eruptions over the past 15 years have resulted in strong ESR, which should enhance the Walker circulation, leading to a La Niña-like SST anomaly.     

近54年广东沿海海表温度最低、最高年平均成因分析

根据1960—2013年广东省沿海5个海洋站的实测月平均海表温度（SST）及南海高压特征指数、太阳总辐射、季风、全球年平均地表温度距平等资料,采用比较方法,分析近54年最低、最高年平均SST的季节变化差异及其形成原因,得出近54年来年平均最低、最高SST分别为1984年（SST距平为-0.95℃）与2002年（距平为＋0.91℃）;SST差异主要发生于冬、春季月份,其形成原因与全球变暖、南海高压强弱变化、太阳总辐射强度、冬季风强度等季节变化有密切关系。     

海洋环流对全球增暖趋势的调制：基于FGOALS-s2的数值模拟研究

在工业革命以来全球长期增暖趋势背景下,全球平均表面气温还同时表现出年代际变化特征,二者叠加在一起使得全球平均气温在某些年份增暖相对停滞(如1999～2008年)或者增暖相对较快(如1980～1998年).利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的耦合气候模式FGOALS-s2历史气候和典型路径浓度(RCPs)模拟试验结果研究了可能造成全球增暖的年代际停滞及加速现象的原因,特别是海洋环流对全球变暖趋势的调制作用.该模式模拟的全球平均气温与观测类似,即在长期增暖趋势之上,还叠加了显著的年代际变化.对全球平均能量收支分析表明,模拟的气温年代际变化与大气顶净辐射通量无关,意味着年代际表面气温变化可能与能量在气候系统内部的重新分配有关.通过对全球增暖加速和停滞时期大气和海洋环流变化的合成分析及回归分析,发现全球表面气温与大部分海区海表温度(SST)均表现出几乎一致的变化特征.在增暖停滞时期,SST降低,更多热量进入海洋次表层和深层,使其温度增加;而在增暖加速时期,更多热量停留在表层,使得大部分海区SST显著增加,次表层海水和深海相对冷却.进一步分析表明,热带太平洋表层和次表层海温年代际变化主要是由于副热带—热带经圈环流(STC)的年代际变化所致,然后热带太平洋海温异常可以通过风应力和热通量强迫作用引起印度洋、大西洋海温的年代际变化.在此过程中,海洋环流变化起到了重要作用,例如印度尼西亚贯穿流(ITF)年代际异常对南印度洋次表层海温变化起到关键作用,而大西洋经圈翻转环流(AMOC)则能直接影响到北大西洋深层海温变化.     

BCC_CSM1.1模式对我国气温的模拟和预估

利用我国541个测站1960—2010年气温资料以及国家气候中心参加第5次耦合模式比较计划 (CMIP5) 的气候系统模式BCC_CSM1.1的历史试验和年代际试验结果,评估了该模式对我国近50年气温变化特征的模拟能力, 对模式的年代际试验结果进行了误差订正,并给出未来10~20年我国气温变化的预估。结果表明:历史试验和年代际试验均模拟出了与观测较为一致的增暖趋势,但均没有观测资料的增暖幅度大。其中,历史试验比年代际试验更接近于观测。年代际尺度上,模式对我国东部的模拟要好于西部;年际尺度上,模式的高预报技巧区在我国西北地区西南部和东部、西南地区北部。历史试验和年代际试验对我国气温空间场整体分布模拟较好,误差订正后的年代际试验结果对空间气温场的模拟有更好把握。相对于观测资料得到的1960—2010年0.27℃/10 a的增温速率,模式预估我国2011—2030年平均气温变化速率达到0.48℃/10 a, 上升趋势更加明显。     

海表温度和地表温度与中国东部夏季异常降水

主要研究太平洋与印度洋海表温度和地表温度场与中国东部夏季降水的相关关系,以及异常大降水产生的下垫面条件.研究结果表明:(1)夏季黑潮区海温与同期长江流域的降水存在明显正相关,北方地区夏季降水与靠近非洲东岸的印度洋海域存在明显负相关.(2)夏季海温异常与同期中国降水异常场之间的相关分析(SVDI)表明,20世纪70年代后期当海温由La Nina多发期向El Nino多发期转变后,长江流域向异常多雨转变,而其北方和南方地区则向异常少雨方向发展.(3)中国东部区域降水与陆面温度的明显相关区有:(a)春,夏季热带非洲和夏季亚洲大陆部分地区地表温度与当年长江流域夏季降水存在显著正相关;(b)春季4、5月份部分亚洲大陆地表温度与当年华北地区夏季降水有明显负相关.(4)通过对比分析发现:长江(1954,1998和1999年)或江淮(1991年)流域几次特大异常降水的下垫面条件是黑潮区为海温正距平,同期欧亚大陆主要为正地表温度距平场.     

Tropical Pacific Decadal Oscillation in Subsurface Ocean Temperature

This study utilizes a new monthly-assimilated sea temperature and analyzes trend and decadal oscillations in tropical Pacific 100-200 m subsurface ocean temperature (SOT) from 1945 to 2005 on the basis of the harmonic analysis and Empirical Orthogonal Function (EOF) methods. Significant cooling trends in the SOT in the tropical western Pacific were found over this 60-year period. The first EOF of the SOT in tropical Pacific displays an ENSO-like zonal dipole pattern on decadal time scale, and we considered this pattern in subsurface ocean temperature the tropical Pacific decadal oscillation (TPDO). Our analysis suggests that TPDO is closely correlated with the Pacific decadal oscillation (PDO) in the surface sea temperature (SST). The correlation coefficient between the indices of TPDO and PDO is +0.81 and reaches a maximum of +0.84 when TPDO lags behind PDO by 2 months. Therefore, a change of TPDO is likely related to the variation of PDO. The long-term change in TPDO best explains decadal warming in the tropical eastern Pacific SST and implies potential impact on the weakening of East Asian summer monsoons after the late 1970s.     

Decadal scale oscillations and trend in the Indian monsoon rainfall

The emerging need for extended climate prediction requires a consideration of the relative roles of climate change and low-frequency natural variability on decadal scale. Addressing this issue, this study has shown that the variability of the Indian monsoon rainfall (IMR) consists of three decadal scale oscillations and a nonlinear trend during 1901–2004. The space–time structures of the decadal oscillations are described. The IMR decadal oscillations are shown to be associated with Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), Atlantic tripole oscillation and Pacific Decadal Oscillation (PDO). The sea surface temperatures (SSTs) of the North Pacific and North Atlantic Oceans are also resolved as nonlinear decadal oscillations. The SST AMO mode has high positive correlation with IMR while the SST tripole mode and SST PDO have negative correlation. The trend in IMR increases during the first half of the period and decreases during the second half. The IMR trend is modified when combined with the three decadal oscillations.