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B7T95A汽车尾气——在城市中行驶的汽车在十字路口等车时排出的尾气。图片拍摄的2009年。确切日期未知。
Tailpipe排气,安克雷奇,阿拉斯加,2009。 图片来源:Daniel H. Bailey / Alamy Stock Photo。
全球气温
2017年12月13日16:59

分析:为什么科学家认为全球变暖100%是由人类造成的

齐克Hausfather

齐克Hausfather

12.13.17
齐克Hausfather

齐克Hausfather

13.12.2017 | 4:59pm
全球气温 分析:为什么科学家认为全球变暖100%是由人类造成的

人类对现代全球变暖的贡献程度是政治界的热烈辩论主题,特别是在美国。

在最近的一次国会听证会上,美国能源部长里克·佩里金博宝188备用地址说,“站起来说全球变暖100%是因为人类活动,我认为从表面上看,是站不住脚的。”

然而,关于人类对现代变暖的188bet博彩公司怎么样贡献的科学研究是相当清楚的。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的数据,自1950年以来观测到的全球变暖,大约100%是由人类的排放和活动造成的第五次评估报告

这里碳简短金宝搏bet188研究影响地球气候的主要因素如何影响孤立的温度 - 以及他们的总体效应如何完全预测全球温度的长期变化。

金宝搏bet188Carbon Brief的分析发现:

  • 1850年以来,几乎所有的长期变暖都可以用温室气体排放和其他人类活动来解释。
  • 如果仅仅是温室气体的排放就导致地球变暖,我们预计会看到比实际情况多三分之一的变暖。它们被人为产生的大气气溶胶的冷却所抵消。
  • 气溶胶投射到到2100年显著下降,从更接近的所有因素到单独从温室气体加热的所有因素带来全面变暖。
  • 地球气候的自然变化不太可能在长期变暖中发挥主要作用。

动画的罗莎蒙德皮尔斯碳简短。金宝搏bet188图片通过Alamy Stock Photo。

有多少变暖是由人类引起的?

在其2013年的第五份评估报告中,政府间气候变化专门委员会在其对决策者的总结中指出,从1951年到2010年,“观测到的全球平均地表温度上升的一半以上”极有可能是由人类活动造成的。“极有可能”的意思是,有95%到100%的可能性,超过一半的现代变暖是由人类造成的。

这个有点令人费解的声明经常被误解为暗示人类对现代变暖的责任在50%到100%之间。事实上,作为NASA的加文施密特博士已经指出,IPCC的隐含的最佳猜测人类对所观测到的变暖的110%负有责任(从72%到146%不等),而在过去50年里,单独的自然因素导致了轻微的降温。

类似的,最近的美国第四次国家气候评估在1951-2010年观测到的变暖中,93%到123%是由人类活动造成的。

这些结论导致了一些困惑,即如何能将超过100%的观测到的变暖归因于人类活动。人类的贡献超过100%是可能的,因为自然气候变化与火山太阳活动很有可能导致过去50年的轻微降温,抵消了一些与人类活动有关的变暖。

改变气候的“强迫物”

科学家们测量了影响地球气候中到达和保持的能量量的各种因素。金博宝188备用地址它们被称为“辐射强迫”。

这些强迫因素包括温室气体、气溶胶(来自人类活动和火山爆发),这些气溶胶反射入射的阳光并影响云的形成、太阳输出的变化、与土地使用有关的地球表面反射率的变化,以及许多其他因素。

为了评估每个不同强迫在观测到的温度变化中的作用,碳简报采用了一种新的方法金宝搏bet188简单统计气候模式开发的卡斯滕博士Haustein和他的同事牛津大学利兹大学.该模型发现人类和自然气候施用与最佳匹配的关系,最佳匹配仅在全球和陆地地区观察到温度。

下图显示了自1850年有记录以来,每种不同气候强迫对全球表面温度变化的估计作用,包括温室气体(红线)、气溶胶(深蓝色)、土地利用(浅蓝色)、臭氧(粉色)、太阳(黄色)和火山(橙色)。

黑点表示观测到的温度伯克利地球表面温度项目,而灰线显示估计从所有不同类型的强制组合的估计变暖

全球平均地表温度伯克利地球(黑点)和不同辐射强迫的模型影响(彩色线),以及所有强迫的组合(灰线),1850年至2017年期间。有关详细信息,请参阅本文末尾的方法。图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

所有辐射强迫的组合通常与观测到的温度的长期变化相当吻合。有一些年复一年的变化,主要是厄尔尼诺事件它不是由外力的变化驱动的。在1900-1920和1930-1950这两个时期,无论是在这个简单的模型中还是在更多的模型中,预测的变暖和观测到的变暖之间存在明显的较大分歧复杂的气候模型

图表突出显示,在分析的所有辐射强迫中,只有温室气体排放的增加才会产生过去150年经历的变暖幅度。

如果仅仅是温室气体的排放就导致地球变暖,我们预计会看到比实际情况多三分之一的变暖。

那么,其他因素又扮演了什么角色呢?

温室气体造成的额外变暖被二氧化硫和化石燃料燃烧形成的其他产物所抵消大气气溶胶.大气中的气溶胶都将入射的太阳辐射反射回太空,并增加了高反射云的形成,使地球冷却。

臭氧是一种短命的温室气体,它捕获放出的热量,使地球变暖。臭氧不是直接排放出来的,而是在甲烷、一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机化合物在大气中分解时形成的。臭氧的增加可直接归因于人类排放这些气体。

在高层大气中,减少与之相关的臭氧氯氟烃(CFCs)和其他卤碳化合物消耗臭氧层产生了适度的降温效果。低层和高层大气臭氧变化的综合效应使地球略微变暖了零点几度。

陆地使用方式的变化改变了地球表面的反射率。例如,用农田代替森林通常会增加反射回太空的阳光的量,特别是在有雪的地区。1850年以来土地利用变化对气候的净影响是适度的降温。

由于火山向平流层注入硫酸盐气溶胶,它们可以在高空停留几年,将射入的阳光反射回太空,因此对气候有短期的冷却作用。然而,一旦硫酸盐流回地表,火山的冷却作用就消失了。橙色的线显示了火山对气候的估计影响,当大型火山爆发时,气温会大幅下降至0.4摄氏度。

2009年1月3日-危地马拉圣地亚哥火山爆发。

2009年1月3日,危地马拉圣地亚哥火山爆发。图片来源:Stocktrek Images, Inc. / Alamy Stock Photo。

最后,太阳活动是由卫星在过去几十年的测量和估计的基础上太阳黑子数在更遥远的过去。从太阳到达地球的能量以大约1金博宝188备用地址1年为周期轻微波动。自19世纪50年代以来,太阳活动总体上略有增加,但与所检测的其他辐射强迫相比,到达地球的额外太阳能数量很小。金博宝188备用地址

在过去的50年里,太阳能到达地球金博宝188备用地址实际上略有下降,而气温却急剧上升。

人类强迫与观测到的变暖相吻合

该模型的准确性取决于辐射强迫估计值的准确性。一些类型的辐射强迫,比如来自大气CO2浓度的辐射强迫直接测量不确定性相对较小。其他的,如气溶胶,则会受到更大的不确定性因为很难准确测量它们对云形成的影响。

这些占据了下图,其显示了自然迫使(蓝线)和人体强迫(红线)以及统计模型与每个人的不确定性。这些阴影区域基于200不同的辐射强制估计,并入研究试图估计每个值的范围。1960年以后的人为因素的不确定性增加,主要是在该点之后的气溶胶排放量的增加。

全球平均地表温度伯克利地球(黑点)和所有组合自然(蓝线)和人(红线)辐射强制的模型影响,其各自的不确定性(阴影区域)从1850年到2017年。所有自然和人类强迫的组合(灰线还显示出来。有关详细信息,请参阅本文末尾的方法。图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

总体而言,与所有人类作用力相关的变暖与观测到的变暖相当一致,显示自1950年“现代”时期开始以来,约104%的变暖来自人类活动(1850年以来的103%),这与IPCC报告的值相似。综合自然力量显示出适度的冷却,主要是由火山爆发造成的。

Carbon Brief在这一分析中使用的简单统计模型不同于科学家通常用于评估人类变暖指纹的更为复杂的气候模型金宝搏bet188。气候模型并不简单“适合”强迫观察到的温度。气候模型还包括温度随时间和空间的变化,可以解释不同的原因辐射强迫效应在地球的不同地区

然而,当分析不同强迫对全球温度的影响时,复杂的气候模型一般找到的结果类似于简单的统计模型。下图来自IPCC第五次评估报告,显示了1950 - 2010年间不同因素对温度的影响。观测到的温度用黑色表示,而人类作用力的总和用橙色表示。

IPCC图表显示的是IPCC第五次评估报告中的图TS10。观测到的温度来自HadCRUT4。温室气体都是混合良好的温室气体,ANT是总人类强迫,OA是除温室气体(主要是气溶胶)外的人类强迫,NAT是自然强迫(太阳和火山),内部变异性是对几十年海洋周期和类似因素的潜在影响的估计。误差条显示每一个都有一个不确定性。

图TS10来自IPCC第五次评估报告观测到的温度来自HadCRUT4。温室气体都是混合良好的温室气体,ANT是总人类强迫,OA是除温室气体(主要是气溶胶)外的人类强迫,NAT是自然强迫(太阳和火山),内部变异性是对几十年海洋周期和类似因素的潜在影响的估计。误差条显示每一个都有一个不确定性。资料来源:联合国政府间气候变化专门委员会。

这表明单独的人类迫使会导致大约是观测到变暖的110%.IPCC还在模型中加入了那段时间内内部变化的估计幅度,他们认为这相对较小,与自然强迫的幅度相当。

作为加比教授研究爱丁堡大学的科学家告诉《碳简报》:“IPCC的报告有一个估计,基本上说,最金宝搏bet188好的猜测是没有[来自自然变化]的贡献,没有那么多的不确定性。”

陆地地区变暖的速度更快

在过去的一个世纪里,陆地温度变暖的速度远远快于全球平均温度,近年来,气温比工业化前的水平高出约1.7摄氏度。陆地温度记录的时间也比全球温度记录的时间要早,尽管1850年之前的时期受到更大的不确定性

利用统计模型,人类和自然辐射强迫均可与陆地温度相匹配。人类和自然力量的强度在陆地和全球温度之间会有一点不同。例如,火山爆发似乎对陆地有更大的影响,因为陆地温度可能更快地回应强调的快速变化。

下图显示了1750年以来各不同辐射强迫对陆地温度的相对贡献。

陆地平均表面温度伯克利地球(黑点)和不同辐射强制(彩色线条)的建模影响(彩色线条),以及从1750年至2017年的时期组合所有强制(灰线)。通过碳简介使用金宝搏bet188Highcharts

所有强制的组合通常符合观察到的温度良好,在主要由ElNiño和LaNiña的事件中的灰线周围的短期变异性。在1850年之前的温度范围内具有更广泛的变化,反映了远回的观测记录中的更大的不确定性。

大约在1930年和1940年,观测数据仍然超过了模型的预测,尽管差异没有全球气温的显著,而且1900-1920年的差异在陆地记录中基本不存在。

18世纪末和19世纪初的火山爆发在陆地记录中非常突出。爆发的坦博拉火山1815年在印度尼西亚发生的气候变化可能使陆地温度大幅降低了1.5摄氏度,尽管当时的记录仅限于北半球的部分地区,因此很难对全球影响做出明确的结论。总的来说,火山使陆地温度降低的幅度几乎是全球温度的两倍。

未来可能会发生什么?

金宝搏bet188Carbon Brief使用相同的模型来预测与每个强迫因素相关的未来温度变化。下图显示了截至2017年的观测结果,以及2017年后的辐射强迫RCP6.0,一个中至高的未来温暖情景。

全球平均地表温度伯克利地球(黑点)和不同辐射强制(彩色线条)的模型影响从1850年到2100期。2017年后的迫在眉睫RCP6.0.图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

当提供RCP6.0情景的辐射强迫时,简单统计模式显示到2100年升温约3C,与气候模式发现的平均升温几乎相同。

如果排放量增加,预计未来二氧化碳的辐射强迫将继续增加。另一方面,气溶胶预计将达到今天的水平到2100年显著下降这在很大程度上是由于对空气质量的担忧。这种气溶胶的减少将增强整体变暖,使所有辐射强迫的总变暖更接近温室气体本身的变暖。RCP假设未来没有具体的火山爆发,因为这些爆发的时间是不可知的,而太阳辐射持续其11年的周期。

如下图所示,这种方法也可以应用于陆地温度。这里显示的是1750年至2100年之间的陆地温度,2017年后的强迫也来自RCP6.0。

陆地平均表面温度伯克利地球(黑点)和1750年至2100年期间不同辐射强迫的模拟影响(彩色线)。2017年后的强迫RCP6.0.图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

陆地预计会变暖大约快30%与整个地球一样,随着海洋的热温速度被海洋热量缓冲。在rcp6.0场景中,在模型结果中可以看到模型结果,其中陆地温暖了2100〜2100,在rcp6.0场景中全球范围内得到3c。

可能有很多未来的温暖不同的RCP场景不同的值气候系统的敏感性,但所有这些都显示出一个相似的模式,即未来气溶胶排放量下降,温室气体迫使在未来气温中发挥更大作用。

自然变异性的作用

虽然来自太阳能和火山的天然强迫似乎并没有在长期变暖中发挥大部分作用,但还有自然变异性与海洋循环和海洋热吸收的变化有关。

由于温室气体捕获的绝大多数能量是金博宝188备用地址被海洋吸收海洋热量吸收速率的变化可能对地表温度产生巨大影响,而不是大气。一些研究人员争论这种几十年的周期,比如大西洋多型振荡(AMO)和太平洋二等振荡(PDO)可以在十年尺度的变暖中发挥作用。

虽然人类因素可以解释所有的长期变暖,但有一些特定时期的变暖或变冷速度似乎超出了我们对辐射强迫的最佳估计所能解释的速度。例如,在20世纪中期,基于辐射强迫的估计和观测之间的适度不匹配可能是自然变率在那个时期发挥作用的证据。

许多研究人员研究了自然变化的潜力,以影响长期变暖趋势。他们发现它通常发挥有限的作用。例如,马克斯博士里特•Knutti博士大气和气候科学研究所188bet博彩公司怎么样(IAC)在苏黎世找到了最大可能的贡献过去100年的自然变异性约为26%(+/- 12%),过去50年的自然变异性约为18%(+/- 9%)。

克努蒂告诉《碳简报》:金宝搏bet188

“我们永远不能完全排除自然变化比我们目前认为的更大。但这是一个软弱的论点:当然,你永远不能排除未知的未知。问题是是否有强有力的证据,甚至是任何证据。在我看来,答案是否定的。

模型得到的短期温度变异性大致正确。在很多情况下,他们甚至拥有太多。从长期来看,我们无法确定,因为观测结果有限。但强迫反应在很大程度上解释了观测结果,所以20世纪没有证据表明我们遗漏了什么……

即使发现模型低估了内部变异性的三倍,内部变异性产生观测到的如此大的趋势的可能性也极低(不到5%的可能性)。”

同样的,马丁博士施还有IAC的同事,最近分析了角色大西洋和太平洋的多年代际自然变率。他们发现,“在20世纪下半叶观测到的全球变暖中,只有不到10%是由这两个海洋盆地的内部变化引起的,这加强了大多数观测到的变暖归因于人为强迫”。

内部变率可能对区域温度有更大的作用。例如,在上世纪30年代,北极和美国出现了异常温暖的时期。然而,它在影响全球表面温度长期变化方面的作用似乎有限。

结论

虽然存在影响地球气候的自然因素,但火山的综合影响和太阳能活动的变化将导致过去50年来冷却而不是变暖。

过去150年见证的全球变暖几乎完全符合温室气体排放和其他人类活动的预期,无论是在本文研究的简单模型中,还是在更复杂的气候模型中。人类对现代气候变暖的贡献最准确的估计大约是100%。

由于自然变化的作用,一些不确定性仍然存在,但研究人员表示,海洋波动和类似的因素不太可能是现代全球变暖的一小部分原因。

方法

本文中使用的简单统计模型适用于Haustein等()发布的全球变暖指数(2017).反过来,它是基于Otto等人(2015)模型。

该模型估计了对观测到的气候变化的贡献,并消除了每年自然波动的影响多元线性回归观测到的温度和对气候变化的全部人为和全部自然驱动因素的估计响应。强迫响应由IPCC第8章中给出的标准简单气候模式提供(2013),但这些响应的大小是根据与观测结果的吻合程度来估计的。这些强迫是基于IPCC(2013)的值,并使用2017年的数据更新美国国家海洋和大气管理局.这些强迫的200种变化由皮尔斯·福斯特博士利兹大学,反映了迫使估计的不确定性。一个Excel电子表格还提供了它们的模型。

采用伯克利地球记录进行观测,通过计算每个不同主要气候强迫的强迫响应,而不是简单地计算人类和自然强迫的总和,对该模型进行了调整。的衰减时间用于转换强制以强制响应的热响应被调整为一年而不是四年,以便对火山强制进行更好地反映观察中存在的快速响应时间。ElNiño和LaNiña(ENSO)事件的影响使用从Foster和Rahmstorf(proM)改编的方法从观察结果中取出2011)和Kaplan El Niño 3.4指数计算火山温度响应时,作为火山之间的重叠,否则使实际估计变得复杂。

每个强迫的温度响应是通过通过总人为或自然系数缩放它们的强迫响应来计算的回归模型.回归模型也单独运行,用于陆地温度。通过从RCP6.0的迫使数据估计2018和2100之间的每个强制的温度响应,标准化以匹配2017年底的观察强制幅度。

在总人类和总自然温度响应的不确定性估计使用蒙特卡罗分析对200个不同的强迫级数,以及估计的回归系数中的不确定性。的Python代码用于运行存档的模型GitHub可以下载

这些数据显示的是2017年的观测数据,基于今年前10个月的平均值,很可能是这样非常相似到最终的年值。

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