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科学家揭示全球变暖的关键反馈过程

Science China Press

近一个世纪以来,全球经历了史无前例的变暖,并且可能仍将持续。人类活动导致的温室气体增加被认为是全球变暖的主要原因。在温室气体强迫下,气候系统复杂的反馈过程是科学研究的难点。最近一项研究揭示了气候系统内部复杂的反馈过程如何相互作用并将全球变暖效应放大。

研究相关的论文题为“Air temperature feedback and its contribution to global warming”,近期在线发表于Science China Earth Science(《中国科学:地球科学》英文版),由中山大学杨崧教授担任通讯作者撰写。研究者基于全球再分析资料,利用动力诊断方法,进行了全球变暖的归因研究,揭示了全球变暖关键反馈过程为地-气热耦合过程,即大气温度反馈过程。

全球变暖的归因问题一直是气候领域研究的热点和难点。最主要的问题在于气候系统内部的各反馈过程之间存在复杂的相互作用,这种相互作用会放大或抑制温室气体增加导致的增暖。

该项研究揭示了大气温度反馈过程如何与其它反馈过程相互作用,进而放大全球变暖的机理。大气吸收了大部分来自地表的长波辐射,在自身升温的同时会进一步加热地面,为地面保温,也就是“温室效应”。该正反馈循环被定义为大气温度反馈,可以放大外强迫或其它反馈过程引起的地表增温。研究结果表明,大气温度反馈放大了大气中二氧化碳和水汽增加引起的地表增暖,这一过程对全球增暖起到了至关重要的作用。

“传统观念中,气候系统中的正反馈过程,如水汽反馈和冰-反照率反馈被认为是放大地表变暖的主要过程,伴随的大气增暖由于增加了地球向外的长波辐射而被认为是抑制地表增暖的典型负反馈过程”,该研究的第一作者中山大学胡晓明副研究员指出:“我们的研究从另一种角度讨论了大气温度变化在调节地表温度对外强迫响应过程中起到的作用。”

该研究还定义了大气温度反馈核来定量描述大气温度反馈放大地表温度变化的能力。大气温度反馈对地表温度变化放大的幅度受到大气本身温度、水汽含量和云量的影响。“反馈强度对大气本身气候状态的依赖,可能是当前不同气候模式间对全球变暖预估差异的根源之一。”胡晓明说。

这一基于观测资料的研究结果证实了Sejas等人(2016)基于模式得出的结论:“the temperature feedback is responsible for most of the surface warming globally, accounting for nearly 76% of the global-mean surface warming” (https://doi.org/10.1175/JAS-D-15-0287.1). 该研究对于揭示全球变暖机理、缩小增暖预估不确定性具有十分重要的科学意义。

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该项研究得到了国家重大科学研究计划项目(编号: 2014CB953900)资助。

更多详情请阅原文:

X. Hu, M. Cai, S. Yang, and S. Sejas, 2018: Air temperature feedback and its contribution to global warming. SCIENCE CHINA Earth Sciences. DOI: 10.1007/s11430-017-9226-6.

https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-017-9226-6

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