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与云彩的蓝天
气候建模
2021年6月316:00

一项新的研究表明,气候模型低估了云层的降温作用

Ayesha Tandon.

Ayesha Tandon.

06.03.21.
Ayesha Tandon.

Ayesha Tandon.

03.06.2021 |4:00 PM
气候建模 一项新的研究表明,气候模型低估了云层的降温作用

根据一项新的研究,云对地球的冷却作用可能比目前的气候模型所显示的要大。

本文,发表在自然气候变化,旨在纠正气候建模中的“长期”和“未被分支”的问题 - 即,现有模型模拟云层的降雨过多,因此低估了它们的寿命和冷却效果。

作者已经更新了现有的气候模型,从“温暖”云中的降雨仿真更加现实地模拟 - 仅包含水的人,而不是水和冰的组合。他们发现这一更新使得“云寿命反馈” - 一个加热温度增加云的寿命的过程 - 差不多三倍。

作者注意到最新一代全球气候模型 - 第六次耦合型号互相项目(CMIP6.) - 预测更快的未来变暖比它的前辈。这在很大程度上是因为新模型模拟了一个云较小的冷却效果

然而,该研究的主要作者告诉碳简报,解决降雨模拟中的“问题”“减少了该模型预测的变暖量,大金宝搏bet188约相当于CMIP5和CMIP6之间变暖的增加量”。

因此,他说,这项研究的关键是“对CMIP6的额外升温持保留态度,直到一些其他已知的云问题也在模型中得到解决。”

冷却云

云对全球温度的影响是一个复杂的研究领域科学家们已经研究了几十年。

在一个金宝搏bet188帖子发布于2018年,艾莉·霍伟伍德教授-气候物理学教授气象系读书大学-解释了云层如何影响全球气温:

“低,明亮的云具有很大的冷却影响,因为它们反射了远离地球表面的阳光。由冰晶组成的高薄云对阳光或多或少透明地透明,但确实吸收了外射红外辐射,重新发出小部分,从而升温。是什么让事情更加复杂的是,在大多数地方,任何时候都有多层云。“

在这件作品中,Highwood得出结论,云在地球上具有整体冷却效果。她还概述了气候科学家在进行的广泛工作,以更准确地模拟云流程,但指出云仍然是“气候系统最有趣和挑战性的组成部分”。

随着气候温暖的,科学家希望许多云从“酷”转变为“温暖”。冷却云由冰颗粒和水滴的混合物组成,而温暖的云仅含有液体。该阶段过渡将以两种主要方式影响云的冷却特性。

首先,云中的水滴通常比冰颗粒小,使其更大的表面积与质量比,并允许它们更容易地反射阳光。这意味着随着云从凉爽温暖的转变,它们变得更加反思。该文件称之为相位反馈的“光学组件”。

其次,暖云在降水下效率较低 - 这意味着它们不会开始释放雨滴,尽可能容易作为寒冷的云。通过较少地下雨,温暖的云实现更长的寿命 - 这被称为相位反馈的“终身组件”。

凯特博士奇迹他是哈佛大学的副研究员哥伦比亚大学美国宇航局戈达德航天研究所,谁没有参与研究,讲碳简介是,由于云反馈的光学和终身组成部分,“如果你让云更多的液体,金宝搏bet188它们会阻挡更多的阳光持续较长时间”。

'普遍存在'问题

然而,研究说明,在云流程周围的气候模型中存在许多“普遍性的”和“未经用的”问题。

作者强调了许多模型第五耦合模型互通项目(CMIP5)高估温暖云(光学元件)的反射性,同时低估了它们的寿命(寿命组件)。

Johannes博士Mülmenstädt是一个地球科学家大气科学与全球变化部188bet博彩公司怎么样太平洋西北国家实验室他是这项研究的主要作者。他告诉碳简报,在2金宝搏bet188010年,许多研究发表“表明气候模型云包含的冰比卫星观测支持的多得多”——这表明CMIP5模型低估了云中包含的液体量。

世界各地的气候莫德勒注意到这些论文并设置了更新其模型。当随后的模型套件时 -第六次耦合模型相互比较项目- 被释放,许多包括一个云液分数更大

云建模的这种变化具有增加“平衡气候敏感性“ - 在许多CMIP6型号中,地球将响应于二氧化碳水平的加倍而变暖的量。

Mülmenstädt解释说,这是“超出CMIP6的大惊喜之一”,由于建模卓越,低云层的变化南部海洋.Marvel证实,“CMIP5和CMIP6气候模型之间的大多数气候敏感度的增加来自模型模拟云的变化。

CMIP6模式的高气候敏感性吸引了人们的注意广泛的关注在科学界,作为一种较高的气候敏感性意味着未来的变暖将比以前的思想更快和激烈。

然而,CMIP6模型中的温暖云的表示仍然不完美。在这项研究中,作者在云降雨过程中突出了一个重要的“错误” - CMIP6模型中的温暖云产生太多的雨水。为了显示错误的范围,作者更新现有气候模型包括更准确的热雨概率,然后将其结果与原始模型进行比较。

他们发现“云寿命反馈” - 这一过程越来越容易降雨的过程 - 可能比现有模型中所建议的近三倍。这意味着CMIP6模型中的温暖云太容易沉淀并具有太短的寿命,导致模型低估了气候系统中云的冷却效果。

Mülmenstädt强调,修复这种云寿命效果可能对未来的变暖预测的影响很大,因为CMIP5到CMIP6型号的变化确实如此:

“气候模型的液体云雨太多了。我们发现,在我们所研究的模型中修复了该问题的问题将模型预测的变暖量大约相同的量,随着CMIP5和CMIP6之间的变暖增加。因此,主要信息是:在CMIP6中含有一粒盐,直到一些其他已知的云问题也固定在模型中。“

施奈德博士博士是一位高级研究科学家美国宇航局的喷气推进实验室谁没有参与研究,讲述碳简介“增加了一系列长期的研究,表明云是复杂的,气候模型模拟它们”。金宝搏bet188

温暖的雨

为了纠正模拟的降雨流程,作者关注现有的气候模型来自CMIP6集合。下面的地图显示了这个模型中的“暖雨部分”——由云中的非冰相过程驱动的降雨的部分。

顶部地图显示了当代气候中的热雨分数,其中红色表示高级分和蓝色的低级分。底部地图显示了相对于当前气候的4C温暖的未来可能会如何在4C温暖的未来发生变化,其中红色表明热雨分数增加,蓝色表示降低。

在当今气候(顶部)中的热雨分数,并在4C温暖的气候(底部)中的热雨分数增加。资料来源:Mülmenstädt等(2021)
在当今气候(顶部)中的热雨分数,并在4C温暖的气候(底部)中的热雨分数增加。资料来源:Mülmenstädt等(2021)

地图表明,大多数预热过程发生在赤道附近,温度最高,并且它们在海洋上特别普遍。随着地球的温暖,温度下降的增加在南半球中期纬度中特别明显,而预计将在低纬度地下降海洋。

作者通过对降雨过程进行修正卫星数据以确定在现在的气候下,有多少雨从云层中落下。然后,他们修改气候模型中的暖雨过程,以更精确地匹配卫星观测到的降雨概率。

下面的剧情显示了从不同纬度的温暖云降雨的概率,如使用卫星数据(灰色)所观察到的,并使用使用卫星数据(灰色)和建模原模(红色)和更新的型号(黄色)。

来自卫星数据(灰色)、原始参考模型(红色)和编辑模型(黄色)的暖云降雨概率。纬度在x轴上,由暖云产生降水的概率在y轴上。资料来源:Mülmenstädt等(2021)
来自卫星数据(灰色)、原始参考模型(红色)和编辑模型(黄色)的暖云降雨概率。纬度在x轴上,由暖云产生降水的概率在y轴上。来源:Mülmenstädt等人(2021年)。

该图表明,虽然与卫星数据相比,更新的模型仍然过度降雨,但它与原始模型更紧密地匹配卫星数据。

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根据本文的说法,使用观察来限制云流程以及云状态,“是可靠的气候投影的必要步骤”。Mülmenstädt告诉碳简介,这金宝搏bet188种方法可以通知科学家使用观察,以提高未来模型准确性:

“作为一个领域,我们需要弄清楚如何最好地利用观测来减少当前模型在表示云过程时的‘回旋余地’。”我们目前观测到的大部分都是云状态的快照。但是模型考虑云的方式是根据它们的动力学——它们形成、下雨或蒸发的速度有多快。”

他补充说,气候科学家需要思考,以确保他们可以获得适当的数据来进行这种研究:

“这卫星这项研究可能是一个唯一的,自2006年以来一直在士兵,凭借美国宇航局保持运行的惊人努力。如果我们丢失这种类型的观察能力,或者观察之间的间隙变得太大,我们的很多科学将变得比它更难。“188bet博彩公司怎么样

施耐德讲述了碳简介,纸张突出了可金宝搏bet188以为未来的研究“积极利用”的数据来源。他补充说:

“回答是什么控制了云量这个问题,对于理解或排除在最近的气候模型中所看到的强放大的云对全球变暖的反馈至关重要。这里的结果表明,回答这个问题必然涉及到更好地限制云变暖时形成沉淀的容易程度。”

博士博士博士来自英国气象局谁没有参与这项研究,说本文是“非常令人兴奋”,“突出了云辐射反馈的降水过程的重要性”。

然而,他指出,由于这项研究只测试了一个单一的模型,下一步“他们的标题声明的稳健性将必须在多模型框架中进行测试”。

Mülmenstädt, J等人(2021)来自云寿命变化的被低估的负云反馈,《自然气候变化》,DOI:10.1038 / S41558-021-01038-1

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  • 一项新的研究表明,气候模型低估了云层的降温作用
  • 云具有比当前模型的更大的冷却效果,新的研究发现

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