氣候變化 ppt課件 Lecture8-Oct25

第3章氣候變化的原因3.1氣候平衡態(tài)、敏感性和反饋效應(yīng)3.2氣候系統(tǒng)內(nèi)部及耦合氣候變異3.3自然的外部強(qiáng)迫形成的氣候變異3.4人類活動(dòng)與氣候變化為了平衡被吸收的入射能量，地球本身也必須向太空輻射出平均起來(lái)等量的能量。因?yàn)榈厍虮忍?yáng)的溫度要低得多，它輻射的波長(zhǎng)要長(zhǎng)得多，主要是紅外光(見(jiàn)圖1)。陸地和海洋釋放的熱輻射中有很多被大氣，包括云吸收了，然后又被輻射回地球。這就是所謂的溫室效應(yīng)。如果沒(méi)有自然的溫室效應(yīng)，地球表面的平均溫度會(huì)降到水的冰點(diǎn)以下-18oC---19oC,about33°Cbelowtheactualsurfacetemperatureofabout14°C--15°C.[

1750-2005資料表明，太陽(yáng)輻照度有一確定的11年周期，從周期的最小值到最大值，太陽(yáng)輻照度存在0.08%的變化，其長(zhǎng)期趨勢(shì)不顯著。由調(diào)整后的探空、衛(wèi)星和再分析資料對(duì)平流層溫度的估計(jì)都是一致的，即1979年以來(lái)每10年變冷0.3°C-0.6°C(TS.7)。更長(zhǎng)時(shí)間的探空記錄(追溯到1958年)也表明平流的變冷，但是受實(shí)際儀器不確定性的影響。1979年后變冷率增加，但在最近的10年在減弱。由于沒(méi)有考慮探空裝置的變化，所以探空資料很可能過(guò)高地估計(jì)了平流層的變冷。由于平流層的變暖事件與主要的火山爆發(fā)事件有關(guān)，因此變冷的趨勢(shì)并不是不變的.由探空和衛(wèi)星觀測(cè)度對(duì)對(duì)流層中、低層溫度進(jìn)行的新的分析表明，二者之間的變暖率基本上是一致的，并且在各自的不確定性范圍內(nèi)與1958-2005年和1979-2005年之間的地表溫度記錄一致。氣候敏感性-ClimateSensitivity

在IPCC報(bào)告中，平衡氣候敏感性指在大氣中CO2濃度當(dāng)量翻倍之后全球平均地表溫度年平均值的平衡變化

LapseRateFeedbackTheverticalvariationsofthetemperaturechangealsohaveaclimaticeffectthroughthelapse-ratefeedbackλL.Forinstance,themodelspredictenhancedwarmingintheuppertroposphereoftropicalregionsinresponsetoanincreaseintheconcentrationofgreenhousegases.Becauseofthischangeinthelapserate,theoutgoinglongwaveradiationwillbemorethaninanhomogenoustemperaturechangeoverthevertical.Thesystemwillthenlosemoreenergy,soinducinganegativefeedback(Fig.4.10).Moreover,atmidtohighlatitudes,alargerlowlevelwarmingisprojectedasaresponsetothepositiveradiativewarming,providingapositivefeedback(Fig.4.10).TheglobalmeanvalueofλLthusdependsontherelativemagnitudeofthosetwooppositeeffects.Onaverage,theinfluenceofthetropicsdominates,leadingtoavalueofλLofaround-0.8Wm-2K-1(SodenandHeld,2006)inrecentmodelsdrivenbyadoublingoftheCO2concentrationintheatmosphere.CombinationofWaterVaporFeedbackandLapseRateFeedbackThewater-vapourfeedbackandthelapse-ratefeedbackcancombinetheireffects.Ifthetemperatureincreasesmoreintheuppertropospherecausinganegativelapse-ratefeedback,thewarmingwillalsobeassociatedwithhigherconcentrationsofwatervapourinaregionwhereithasalargeradiativeimpact,leadingtoanadditionalpositivewater-vapourfeedback.Theexactchangesintemperatureandhumidityathighaltitudeinresponsetoaperturbationarenotwell-known.However,astheeffectsofthetwofeedbacksdiscussedinthissub-sectiontendtocompensateeachother,theuncertaintyinthesumλL+λWissmallerthaninthefeedbacksindividually.Thisuncertaintyisestimatedatabout0.1Wm-2K-1,thestandarddeviationofthevaluesprovidedbythedifferentmodelspresentedinthe4thIPCCassessmentreport(Randalletal.,2007).長(zhǎng)波幅射強(qiáng)迫，短波幅射強(qiáng)迫longwaveandshortwavecloudradiativeforcing(CRF).Albedo

FeedbackThepolaramplificationofclimatechangeRangesofestimateEquilibriumclimatesensitivity2.1°C-5.1°Cestimatedby23AOGCMsintheIPCCThirdAssessmentReport(TAR).2.1°C-4.4°Cestimatedby19AOGCMsintheIPCCFourthAssessmentReport(AR4)Table1.Climatesensitivityestimatesfrom19AOGCMsintheIPCCAR4.Thenamesof19AR4GCMsareINM-CM3.0(1);PCM1.1(2);FGOALS-g1.0(3);CCSM3(4);GISS-EH(5);GISS-ER(6);GFDL_CM2.0(7);CSIRO-Mk3.0(8);ECHO-G(9);MRI-CGCM2(10);UKMO-HadCM3(11);CGCM3.1(T47)(12);CGCM3.1(T63)(13);ECHAM5/MPI(14);GFDL_CM2.1(15);MIROC3.2(m)(16);MIROC3.2(h)(17);IPSL-CM4(18);UKMO-HadGEM1(19).

1234567891011121314151617184.0Wu,KarolyandNorth2008Figure1.AnnualvariationofthesimulatedglobalmeanSAT(K)(a);latentheatflux(LH)(dashline),all-sky(solidline),clear-sky(dottedline)surfacedownwelling

longwaveradiation(LW,LWCLR)andlongwavecloudforcing(LWCF)(dotdashline)(b)incontrolsimulationofGFDL_CM2.0model;AofLW,LWCLR;arealmostidenticalandmuchlargerthanthatofLH.

Aof

LWCFisverysmall.

Therateofheatstorageinathinslabatthesurfaceisthenetoftheglobalmeanenergyfluxes:CdT/dt

=SW+SW+LW+LW+LH+SH.Fig.2.ScatterdiagramsoftheAoftheglobalmeanSAT(a,b),T2x(d,e)versustheAinglobalmeanLWandLWCLRin17AR4models.

http:///arcticmet/patterns/arctic_oscillation.htmlQuadrelliandWallace2004Wu(2010)北極濤動(dòng)（Arctic

Oscillation,AO）

（Thompson

andWallace1998)ThestandardizedseasonalmeanAOindexduringcoldseason(blueline)isconstructedbyaveragingthedailyAOindexforJanuary,FebruaryandMarchforeachyear.Theblacklinedenotesthestandardizedfive-yearrunningmeanoftheindex.Bithcurvesarestandardizedusing1950-2000baseperiodstatistics.(/products/precip/CWlink/daily_ao_index/JFM_season_ao_index.shtml)AntarcticOscillations(AAO),SouthernAnnularMode(SAM)WuandStraus(2004)WuandStraus(2004)熱帶太平洋SST熱帶太平洋SSTENSO是赤道太平洋上的大尺度海氣相互作用現(xiàn)象TheAtmosphericBridge(FromGabrielLau)赤道中太平洋的冬季平均海溫，與隨后的春季海溫，在印度洋、熱帶大西洋、熱帶外北太平洋和南太平洋，都存在著顯著的相關(guān)，這意味著這些區(qū)域的海溫變化，通過(guò)“大氣橋梁”，受到來(lái)自熱帶太平洋的強(qiáng)迫影響。赤道太平洋SST對(duì)北半球冬季大氣環(huán)流的影響全球變暖背景下，太平洋SST模態(tài)的異常如何引起冬季大氣環(huán)流的變化，進(jìn)而影響冬季風(fēng)，值得進(jìn)一步研究北極濤動(dòng)（AO）太平洋北美型（PNA）摘自Wu（2010)JC；LauandNath(1996);

Zhangetal.(1997);Hoerlingetal.(2002);Lietal.(2006);Derome

etal.(2005);Tangetal.(2007);ClimateNaturalvariability

氣候內(nèi)部變率Figure3.27.CorrelationswiththeSOI,basedonnormalizedTahitiminusDarwinsealevelpressures,forannual(MaytoApril)meansforsealevelpressure(topleft)andsurfacetemperature(topright)for1958to2004,andGPCPprecipitationfor1979to2003(bottomleft),updatedfromTrenberthandCaron(2000).TheDarwin-basedSOI,innormalizedunitsofstandarddeviation,from1866to2005(K?nnenetal.,1998;lowerright)featuresmonthlyvalueswithan11-pointlow-passfilter,whicheffectivelyremovesfluctuationswithperiodsoflessthaneightmonths(Trenberth,1984).Thesmoothblackcurveshowsdecadalvariations(seeAppendix3.A).RedvaluesindicatepositivesealevelpressureanomaliesatDarwinandthusElNi?oconditions.ClimateNaturalvariability

氣候內(nèi)部變率Figure3.27.CorrelationswiththeSOI,basedonnormalizedTahitiminusDarwinsealevelpressures,forannual(MaytoApril)meansforsealevelpressure(topleft)andsurfacetemperature(topright)for1958to2004,andGPCPprecipitationfor1979to2003(bottomleft),updatedfromTrenberthandCaron(2000).TheDarwin-basedSOI,innormalizedunitsofstandarddeviation,from1866to2005(K?nnenetal.,1998;lowerright)featuresmonthlyvalueswithan11-pointlow-passfilter,whicheffectivelyremovesfluctuationswithperiodsoflessthaneightmonths(Trenberth,1984).Thesmoothblackcurveshowsdecadalvariations(seeAppendix3.A).RedvaluesindicatepositivesealevelpressureanomaliesatDarwinandthusElNi?oconditions.赤道太平洋SST對(duì)北半球冬季大氣環(huán)流的影響全球變暖背景下，太平洋SST模態(tài)的異常如何引起冬季大氣環(huán)流的變化，進(jìn)而影響冬季風(fēng)，值得進(jìn)一步研究北極濤動(dòng)（AO）太平洋北美型（PNA）摘自Wu（2010)JC；LauandNath(1996);

Zhangetal.(1997);Hoerlingetal.(2002);Lietal.(2006);Derome

etal.(2005);Tangetal.(2007);太平洋年代際振蕩(PDO)，描述北太平洋海表溫度的變化，該區(qū)域海溫與刻畫(huà)阿留申低壓強(qiáng)度的北太平洋指數(shù)(NPI)具有很強(qiáng)的相關(guān)。北大西洋暖流大西洋北部勢(shì)力最強(qiáng)的暖流，系墨西哥灣暖流的延續(xù)。源于紐芬蘭淺灘外緣，在50°N、20°W附近分成三支：干支經(jīng)挪威海進(jìn)入北冰洋，南支沿比斯開(kāi)灣、伊比利亞半島外緣南下，北支向西北流到冰島以南。北大西洋暖流的流量隨墨西哥灣暖流的強(qiáng)度變化而變化，其流量值為2×107～4×107萬(wàn)立方米/秒間。該暖流對(duì)西歐與北歐氣候有明顯增溫增濕作用。每年向西歐與北歐每公里海岸輸送相當(dāng)于燃燒6000萬(wàn)噸煤釋放的熱量。使沿岸形成了典型的海洋性氣候，1月份平均氣溫要比同緯度亞洲與北美洲的東海岸高出15～20℃，從而使北歐盛長(zhǎng)混交林及針葉林，巴倫支海西南部終年不封凍。大多數(shù)區(qū)域的雪蓋已經(jīng)減少，特別是在春季。通過(guò)衛(wèi)星觀測(cè)發(fā)現(xiàn)1966年至2005年這一時(shí)期北半球的雪蓋每個(gè)月都在減少，11月和12月除外，上世紀(jì)八十年代后期，其年均值以5%的速度逐步降.在南半球，為數(shù)不多的長(zhǎng)期記錄或代用資料大多數(shù)表明在過(guò)去的40多年里情況或者是減少或者是沒(méi)有變化。根據(jù)山地雪水當(dāng)量和雪深年度時(shí)間序列記錄顯示，全世界幾個(gè)地區(qū)的積雪已經(jīng)下降。北極的海冰在各個(gè)季節(jié)都在退縮，夏季尤為顯著。格陵蘭和南極西部冰蓋的一些重要沿海地區(qū)以及南極半島的冰川正在變薄，造成海平面升。圖2.對(duì)DJFZ500，海冰異常領(lǐng)先大氣四個(gè)月到滯后大氣一個(gè)月，MCA第一模態(tài)

Z500(左，單位為米)和海冰（右，單位為%）場(chǎng)的空間分布型。等值線間隔為5米。

Figure2.HeterogeneousZ500(leftpanels)andhomogeneousSIC(rightpanels)covariancemapsofONDZ500andSICinunitsof%inthefirstMCAmodeatlagsfrom-4to+1months.Contourintervalis5mforZ500.Negativecontoursaredashedandthezerolineisomitted.圖2.對(duì)DJFZ500，雪蓋異常領(lǐng)先大氣三個(gè)月到滯后大氣一個(gè)月，MCA第一模態(tài)

Z500(左，單位為米)和雪蓋（右，單位為%）場(chǎng)的空間分布型。等值線間隔為5米。圖2.對(duì)DJFZ500，雪蓋異常領(lǐng)先大氣三個(gè)月到滯后大氣一個(gè)月，MCA第e二態(tài)

Z500(左，單位為米)和雪蓋（右，單位為%）場(chǎng)的空間分布型。等值線間隔為5米。第3章氣候變化的原因3.1氣候平衡態(tài)、敏感性和反饋效應(yīng)3.2氣候系統(tǒng)內(nèi)部及耦合氣候變異3.3自然的外部強(qiáng)迫形成的氣候變異3.4人類活動(dòng)與氣候變化（1）第四紀(jì)冰期-間冰期旋回；(2)間冰期有時(shí)可能比現(xiàn)代高2-4k，而冰期則最低可能比現(xiàn)在低8K；（3）10萬(wàn)年左右的旋回十分突出，氣趨勢(shì)可延伸到大約70萬(wàn)年前。10萬(wàn)年周期是距我們最近的42萬(wàn)年的主要特征。（4）除