過去的記錄有助于預(yù)測未來氣候變化對陸地和海洋的不同影響
由溫室氣體排放驅(qū)動的持續(xù)氣候變化經(jīng)常從全球平均變暖的角度來討論。例如,具有里程碑意義的《巴黎協(xié)定》旨在將全球變暖限制在相對于工業(yè)化前水平的1.5?C。然而,未來全球變暖的程度在整個(gè)地球上將有所不同。氣候變化最明顯的區(qū)域差異之一是陸地變暖速度快于海洋變暖。未來變暖的這種“陸地放大”對理解和應(yīng)對氣候變化具有現(xiàn)實(shí)意義
一篇研究陸地放大的新論文側(cè)重于陸地和海面過去氣候的地球化學(xué)記錄如何使科學(xué)家能夠更好地預(yù)測由于當(dāng)前和未來的溫室氣體排放,陸地將比海洋變暖的程度,并且也會變得更加干燥。
“我們研究的核心思想是回顧過去,以更好地預(yù)測未來的變暖將如何在陸地和海洋上以不同的方式展開,”伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)海洋化學(xué)和地球化學(xué)系助理科學(xué)家Alan Seltzer說。
“理解陸地放大很重要的一個(gè)原因是,在未來的全球變暖下,地球?qū)⒔?jīng)歷的變暖程度不會在任何地方都相同,”塞爾策說。“為氣候模型模擬增加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),植根于對過去氣候和基礎(chǔ)物理學(xué)的觀察,可以告訴我們當(dāng)前和未來變暖的區(qū)域差異。Seltzer指出,陸地放大(TA)類似于“極地放大”,這是一種氣候模型的預(yù)測,即高緯度地區(qū)將比低緯度地區(qū)經(jīng)歷更多的變暖。
盡管由于氣候系統(tǒng)其他部分驅(qū)動的逐年變化很大,現(xiàn)代觀測記錄很嘈雜,但自1980年代以來的氣候數(shù)據(jù)中現(xiàn)在很明顯,對陸地表面變暖加劇的預(yù)測是顯而易見的。這種陸地放大的驅(qū)動因素與陸地和海洋濕度的變化有關(guān),這是通過氣候科學(xué)家在過去十年中發(fā)展的一項(xiàng)理論。這項(xiàng)新研究于周三發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上,“首次使用古氣候數(shù)據(jù)來評估未來變暖如何影響陸地和海洋表面的理論,”塞爾策說。“這項(xiàng)研究使我們在模型預(yù)測未來變暖的區(qū)域變化的方式上更加確定。
該論文調(diào)查了末次冰期最大值(LGM)期間的地面放大 - 大約發(fā)生在20,000年前 - 在低緯度地區(qū),他們將其定義為30?S-30?N。作者說,正是在那些緯度地區(qū),TA的理論基礎(chǔ)最適用。作者利用陸地和海面古氣候記錄的新匯編來估計(jì)LGM中TA的大小,以與氣候模型模擬和理論預(yù)期進(jìn)行比較。努力更好地了解LGM中的大陸有多冷是Seltzer在WHOI研究的持續(xù)重點(diǎn),這篇新論文建立在最近的一項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上,該研究使用古代地下水中溶解氣體的見解作為過去陸地表面的溫度計(jì)。
作者擴(kuò)展了陸地放大的熱力學(xué)理論,該理論基于陸地和海洋之間濕靜態(tài)能(由溫度,水分含量和空氣高度表示的勢能)的耦合變化。在LGM中,由于陸地上大冰蓋的生長,海平面比今天低120米時(shí),海面比沒有海平面變化時(shí)略微溫暖和潮濕。通過考慮這種影響并利用古氣候記錄,作者能夠直接將過去的陸地放大與未來的預(yù)測進(jìn)行比較。
該論文指出,雖然TA背后的機(jī)制很好理解,這些機(jī)制源于海洋上空潮濕空氣和陸地上干燥空氣之間的基本熱力學(xué)差異,但許多因素 - 自然變異性,觀測限制,熱滯后和非CO2強(qiáng)迫 - 以前已經(jīng)排除了20世紀(jì)變暖對TA的精確估計(jì)。“縮小陸地放大的范圍將有助于未來對低緯度氣候變化的預(yù)測,與熱應(yīng)激和水的可用性有關(guān),”該論文指出。
共同作者皮埃爾-亨利·布拉德(Pierre-Henri Blard)表示,這篇論文是“氣候科學(xué)向前邁出的一步”,對其他科學(xué)領(lǐng)域和公眾來說意義重大。“我們表明,一個(gè)簡單的模型,涉及濕度和海平面變化,有力地描述了大陸溫度變化的放大 - 在任何時(shí)間尺度的中低緯度 - 比海洋大40%。這一結(jié)果很重要,因?yàn)殡m然大多數(shù)古氣候檔案都位于海洋中,但人類的現(xiàn)在和未來在很大程度上依賴于我們對大陸氣候的了解。
這項(xiàng)研究很重要,“因?yàn)樗兄谖覀兝斫獾厍蜻^去的氣候記錄,以及如何將其與我們的模型和對未來的期望聯(lián)系起來,”共同作者史蒂文舍伍德說。“[這篇論文]應(yīng)該澄清任何誤解,即陸地和海洋在不同的氣候下以相同的速度變暖或變冷 - 我們知道并非如此,應(yīng)該利用這些知識。對未來的影響是,隨著全球變暖的繼續(xù),地球大陸的變暖速度將繼續(xù)快于海洋,直到我們希望我們達(dá)到凈零排放并停止這種情況。
合著者M(jìn)asa Kageyama說,她認(rèn)為這篇論文很重要,“因?yàn)樗|及了由復(fù)雜氣候模型產(chǎn)生的氣候變化預(yù)測中無處不在的特征:大陸比海洋更溫暖。在本文中,我們分析了氣候變化的這一特征,從上一次冰川最大值到現(xiàn)在,其幅度與未來幾個(gè)世紀(jì)的預(yù)期變暖具有相同的數(shù)量級。
“值得注意的是,熱帶溫度重建,最先進(jìn)的氣候模型以及依賴于大陸和海洋上水分和熱量耦合變化的簡單理論都匯聚在一起,提供了對陸地放大的可靠估計(jì),”影山說。“在我看來,這加強(qiáng)了對未來氣候變化的預(yù)測,同時(shí)也帶來了對過去氣候變化的新理解。
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