气候分析

介绍 大气温度 总水蒸汽柱

介绍

气候是在一个特定地点的平均天气,在相当长的一段时间内的平均,至少10年。当我们谈论气候时,我们通常谈论的是气象或海洋变量的平均值,如空气温度、降水、湿度、风速或海洋温度在一年中的特定时间、特定地点。如果气候随着时间而变化,它可以通过改变可种植的作物、淡水供应或海洋的平均水平直接影响人类活动。它还能影响自然生态系统,导致沙漠扩张,野火变得更加普遍,或永久冻土融化。

在过去的二十年里,人们越来越担心人类产生的温室气体和其他环境污染物对地球气候的影响。这些变化是由气候模型预测的,气候模型也被用来预测未来几个世纪的变化。卫星数据记录开始变得足够长,足以评估几十年的变化。这些变化可以用来检验气候变化的证据,并用来观察气候模型在“预测”已经发生的变化时是否能做得很好。

为了产生足够长的气候变化研究数据记录,来自不同卫星的测量数据必须相互校准,然后合并成一个单一的记录。万博吧manbet客户端2.0我们已经完成了大气温度和总水蒸汽的这个过程,并即将发布一个相互校准的风速产品。

相比原位manbet客户端2.0万博吧测量,极地轨道卫星的卫星数据记录的主要优势是几乎完全的全球覆盖和同质的数据质量。的原位在远离工业化国家的区域,数据记录相当稀少,这些区域集中在陆地和北半球中纬度地区。例如,在热带太平洋东部发射的气象气球很少,尽管该地区是由于厄尔尼诺-南方涛动周期造成的海表温度变化最大的地区。

下面,我们将讨论使用遥感系统微波数据获得的一些基本气候结果,并讨论我们进行的一些与气候相关的研究。万博体育app网页注册万博网址是什么

大气温度

看到高空温度测量页了解大气温度数据集是如何产生的。在这里,我们介绍了该数据集在气候变化分析中的应用。(注:此部分于2017年6月30日更新,包括TLT 4.0版本的结果)

对流层温度

RSS提供了三套对流层温度数据集,TLT(对流层温度较低),台湾海陆运输公司(温度对流层中部)和到达目标时间(温度总对流层,后傅和约翰森).利用这些数据集,我们可以调查过去35年对流层温度是否有显著变化,以及这些变化的空间模式是否与气候模型的预测一致。

在过去的十年里,我们一直在与LLNL的Ben Santer(以及其他许多研究人员)合作,将我们的对流层结果与气候模型的预测进行比较。我们的研究结果可以总结如下:

  • 在过去的35年里,对流层明显变暖。全球平均气温以每十年0.18开尔文(每十年0.32华氏度)的平均速度上升。
  • 如果不把人为造成的温室气体增加作为模式模拟的输入,气候模式就无法解释这种变暖。
  • 气候变暖的空间格局与人为变暖的空间格局一致。看到Santer等人,2008年,2009年,2011年和2012年,了解更多关于利用MSU/AMSU数据探测和归因人类引起的大气温度变化的信息。

但是…

  • 在对流层变暖的速度和大多数气候模型预测的一样快。值得注意的是,2015-2106年大规模厄尔尼诺事件和RSS对流层数据集的更新版本已经减少了这个问题。

为了说明最后一个问题,我们展示了下面的几个图。这些图中的每一个都有一个TLT温度异常的时间序列,使用的是1979-2008年的参考时段。在每个图中,粗黑线是最新版本的RSS卫星数据集的结果。黄色波段显示了33个CMIP-5模式模拟结果的5%到95%(19个不同的模式,许多有多个实现),这些模式旨在模拟20世纪的地球气候。在2005年之前的那段时间里,这些模型被迫使用了温室气体、火山气溶胶和太阳输出的历史值。2005年以后,使用了对这些强迫的估计。如果这些模型,作为一个整体,在模拟过去方面做了一个可以接受的工作,那么观测结果将大部分位于黄色波段内。

图1所示。全球(70 - 80N)平均TLT异常作为时间的函数绘制。黑线是时间序列RSS V4.0 MSU/AMSU大气温度数据集.黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。请注意,1998年以后,观测值很可能位于模式分布的较低部分,这表明模式预测和卫星观测值之间存在小的差异。(所有时间序列已被平滑,以消除6个月以内时间尺度的可变性。)
图2所示。热带(30S至30N)平均TLT距平绘制成时间的函数。黑线是时间序列RSS V4.0 MSU/AMSU大气温度数据集黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。同样,在1998年之后,观测值很可能处于模拟值的较低水平,这表明模拟作为一个整体预测的变暖程度比卫星观测到的要高。
为什么存在这种差异?它意味着什么?一种可能的解释是,气候模型所使用的基础物理学存在错误。除了这种可能性之外,至少还有三种其他可能解释变暖速度的差异。作为模式模拟输入的强迫存在误差(包括人为气体和气溶胶、火山气溶胶、太阳输入和臭氧变化造成的强迫)、卫星观测的误差(通过使用不确定性集合部分解决)、以及模拟中的内部气候变化序列,这些序列与现实世界中发生的情况不同。我们称这四种解释为“模型物理错误”、“模型输入错误”、“观测错误”和“不同变率序列”。它们不是相互排斥的。事实上,有确凿的科学证据表明,这四个因素都是造成这种差异的原因,而且其中大部分都可以解释,而无需诉诸模型物理错误。有关所有这些原因的详细讨论,请参阅帖子怀疑的科学博客的本·桑特和卡尔·米尔斯,以及最近的Santer等人的《自然地球科学》。

平流层温度

自1978年底以来,密歇根州立大学和AMSU的仪器一直在监测平流层低层的温度。RSS合并的较低平流层温度数据产品称为TLS,即较低平流层温度。与对流层不同的是,在这段时间里对流层缓慢变暖,而平流层下部由于氯氟烃导致的平流层臭氧减少和人类活动导致的混合温室气体增加而一直在变冷。这种缓慢的冷却趋势偶尔会被大型火山爆发造成的平流层气溶胶的暂时增加所打断。在下图中,我们展示了来自RSS TLS数据的全球平均温度异常,以及来自CMIP-5历史模拟的5%至95%包络线。
图4所示。全球(80 - 80N)平均TLS异常作为时间的函数绘制。粗黑线是RSS V3.3 MSU/AMSU温度观测到的时间序列。黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。值得注意的是,在一些模型中,El Chichón(1983)和Pinatubo(1991)对火山爆发的响应太大了,而且这些模型显示的总体冷却比观测结果要少。

这些模型捕捉到了平流层温度变化的基本特征,尽管有些模型似乎显示出了对火山喷发的过度反应,而似乎也没有显示出整体的降温。

总水蒸汽柱

在海洋上空,我们可以利用合并的水汽产品监测大气中水汽总量的年代际变化,这些水汽产品来自SSM/I、SSMIS、AMSRE和WindSat的测量结果。万博吧manbet客户端2.0有关此数据集的说明,请参见大气水汽测量页面。随着地球对流层变暖,它能够“保留”更多的水蒸气,而不会让水蒸气凝结成云,然后下雨。假设相对湿度保持不变,额外的水蒸气量受克劳修斯-克拉珀龙关系控制,温度每升高一度,水蒸气量就多7%。全球水汽的增加在图5中很容易看到,它显示了全球海洋上空总柱水汽的平均时间序列,用与平均值相比的百分比变化表示。
图5。从北纬60度到60度,全球海洋平均总柱蒸汽异常的时间序列。
这种增长可以正式归因于人类引起的气候变化——见Santer等人,2007年.虽然水蒸气的总量有了大幅度的增加,但它在空间上绝不是均匀的。图6显示了1988-2017年期间的水汽趋势图。
图6。1988-2017年期间柱水蒸气趋势图。
虽然世界上大部分地区都有不同程度的变湿,但在赤道两边的热带太平洋中部地区,仍有一些地区非常干燥。与水汽趋势的估计误差相比,导致这种模式的水汽趋势,无论是正的还是负的,几乎在统计上都是显著的。
在热带深处,水蒸气的变化与大气温度的变化有很强的相关性。图7显示了不同卫星温度数据集的水汽和温度异常的时间序列。这些资料已在北纬20度至20度的纬度带的海洋上取平均值。
图7。总柱水汽异常和温度异常的时间序列,平均在20 - 20N。上面的面板显示了时间序列。中间的图显示了从1988年1月开始到x轴时间结束的运行趋势。底部面板显示了蒸汽趋势与TLT趋势的比值。气候模型表明,这一比率应约为6.2%/K。所有卫星数据集的组合都显示出更大的比例,这表明要么是测量结果显示湿度太大,要么是温度变暖太少。万博吧manbet客户端2.0最新版本的RSS TLT数据集最接近预期。这是米尔斯和温兹(2017)的图13。
在测量和CMIP-3模型输出中详细讨论了这种相关性manbet客户端2.0万博吧米尔斯等人,2007年和重新审视米尔斯和温兹(2017)

参考文献

米尔斯,C. A.和F. J.温兹,(印刷中)利用对日效应进行优化调整的卫星导出的低对流层大气温度数据集, j .气候。

Santer, Benjamin D., Fyfe, John C., Pallotta, Giuliana, Flato, Gregory M., Meehl, Gerald A., England, Matthew H., Hawkins, Ed, Mann, Michael E., Painter, Jeffrey F., Bonfils, Celine, Cvijanovic, Ivana, Mears, Carl, Wentz, Frank J., Po-Chedley, Stephen, Fu, Qiang, Zou, chengzhi (2017),模式和卫星对流层变暖速率差异的原因,自然地球,先进的在线出版,doi: 10.1038/ngeo2973。

Santer, b D。j . f .画家,c·a·米尔斯,c . Doutriaux·考德威尔j . m . Arblaster p . j .卡梅伦·史密斯称,n·p·吉列,p . j . Gleckler j . Lanzante j . Perlwitz s .所罗门·a·斯托特k·e·泰勒,l . Terray p·w·索恩·m·f·韦娜f . j . Wentz t·m·l·威格利·l·j·威尔科克斯和c . z .邹(2012)确定人类对大气温度的影响地球物理学报,61 (1),363 - 368,doi: 10.3760 /pnas.1210514109。

Santer, b D c·a·米尔斯,c . Doutriaux下午考德威尔,p . j . Gleckler t·m·l·威格利所罗门,n .吉列D·p·伊万诺娃t·r·卡尔·j·r·Lanzante g·a·米尔·a·斯托特k·e·泰勒·w·索恩m . f .韦娜和f . j . Wentz (2011)大气温度变化中信号和噪声的分离:时间尺度的重要性《地球物理学。参考文献,116,D22105, doi:10.1029/2011JD016263。

Santer, B. D., K. E. Taylor, P. J. Gleckler, C. Bonfils, T. P. Barnett, D. W. Pierce, T. M. L. Wigley, C. A. Mears, F. J. Wentz, W. Bruggemann, N. Gillett, S. A. Klein, S. Solomon, P. A. Stott and M. F. Wehner, (2009)在气候变化检测和归因研究中结合模式质量信息Proc,国家的。学会科学。中国海洋大学学报(自然科学版),35(3),457 - 461。

Santer, B. D., P. W. Thorne, L. Haimberger, K. E. Taylor, T. M. L. Wigley, J. R. Lanzante, S. Solomon, M. Free, P. J. Gleckler, P. D. Jones, T. R. Karl, S. A. Klein, C. A. Mears, D. Nychka, G. A. Schmidt, S. C. Sherwood and F. J. Wentz, (2008)热带对流层中模拟和观测到的温度趋势的一致性地球科学进展,28(3),1703-1722。

米尔斯,c.a., F. J. Wentz, P. Thorne,和D. Bernie (2011),利用蒙特卡罗估计技术评估密歇根州立大学和密歇根州立大学估算大气温度变化的不确定性,地球物理研究杂志,116。万博网址是什么

米尔斯,c.a., B. D. Santer, F. J. Wentz, K. E. Taylor and M. F. Wehner, (2007)热带海洋温度与可降水量变化的关系“地球。卷。, 34, L24709, doi:10.1029/2007GL031936。

桑特、B. D. C. A.米尔斯、F. J.温茨、K. E.泰勒、P. J. Gleckler、T. M. L. Wigley、T. P. Barnett、J. S. Boyle、W. Bruggemann、N. P. Gillett、S. Klein、D. W. Pierce、P. A. Stott和M. F. Wehner, (2007)人类活动引起的大气湿度变化的识别Proc,国家的。学会科学。美国,104,15248-15253。