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雾 - 棕榈树的雾雨林 - 羊水谷 - 谷谷 - 哥伦比亚
哥伦比亚安第斯山脉的雾蒙蒙的蜡棕榈树雨林。 信用:fabs_psn / alamy股票照片。
客人的帖子
2020年12月1日11:00

嘉宾帖子:调查气候变化的“湿度悖论”

Kate Willett博士

Kate Willett博士

12.01.20.
Kate Willett博士

Kate Willett博士

01.12.2020 |11:00 AM
客人帖子 嘉宾帖子:调查气候变化的“湿度悖论”

水蒸气是地球上生命的基础。水蒸气是一种温室气体,也是云和雨的基础。因此,它维持着植物、森林和我们种植食物的能力。

空气中缺乏水蒸气会影响强度和频率野火。丰富的高温结合可以引起热应激在人和动物。

因此,科学家了解湿度——即空气中水蒸气的含量——是如何变化的至关重要,而且随着全球气温的上升,湿度可能会发生变化。

在一个新的数据集和伴随着论文,我和我的合著者探讨了全球海洋湿度的不同方面是如何以截然不同的方式变化的。

什么是湿度?

在最简单的术语中,湿度是衡量空中悬浮在空气中的水。然而,它可以以多种方式分类,气候科学家和气象学家通常使用两个主要定义。

第一是特定湿度。又称“水分含量”,这是一种有关水蒸气总质量和空气的多种水蒸气的量度。它以每公斤潮湿的空气克的水蒸气测量。

第二是相对湿度。这是一种以百分数表示的空气“饱和”程度的测量方法。换句话说,就是空气中含有的水蒸气的量与它能含有的最大水蒸气量的比值。

对世界各地湿度的观测表明,比湿度——即水蒸气的数量——已经增加。然而,与此同时,许多地区的相对湿度(或者说饱和度)已经下降。

湿度悖论

这一明显悖论的关键原因有两个:地球正在变暖,而变暖的空气可以容纳更多的水蒸气。

大气,陆地和海洋都是气候变暖。首先,这意味着从地球表面蒸发更多的水。其次,更多的水可以 - 并且是气体的空气中。如下图所示,在土地(绿线)和海洋(蓝色)上发生特定湿度的增加。

全球时间序列的年平均特定湿度为土地海洋和全球平均水平相对1981-2010
全球时间序列为土地(绿线),海洋(蓝色)和全球平均水平(深蓝色)的年平均特定湿度,相对于1981 - 2010年。显示了两个标准的不确定性的偏差范围,相结合了观察,取样和覆盖​​不确定性。信用:英国气象局气候仪表盘

根据Clausius-Clapeyron方程式,空气通常可以抓住7%温度每升高1摄氏度,就会增加更多的水分。因此,相对湿度要在升温1℃下保持不变,空气中的含水量也需要增加7%。

从理论上讲,如果没有限制因素,那么这是我们期望看到的增加速度。然而,现实世界确实具有限制性因素 - 因此相对湿度正在减少。

地球的土地表面已经更快地变暖比过去几十年的海洋。但是,虽然海洋含有无穷无尽的水供应才能蒸发,但土地的情况并非如此。

事实上,我们知道陆地上的大部分水蒸气实际上来自海洋的蒸发。由于大气环流的作用,这些潮湿的空气在全球范围内流动,其中一些随后流过陆地。

海洋的较慢的变暖意味着还没有足够的水分蒸发到 - 然后持有 - 海洋上方的空气以保持速度陆地温度上升。这意味着空气不像它一样饱和,并且如下图所示 - 相对湿度降低。

全球时间系列年平均相对湿度为土地海洋和全球平均水平相对1981-2010
相对于1981 - 2010年,土地(绿线),海洋(蓝色),海洋(蓝色)和全球平均水平(深蓝色)的全球时间序列相对湿度。显示了两个标准的不确定性的偏差范围,相结合了观察,取样和覆盖​​不确定性。信用:英国气象局气候仪表盘

相对湿度无处不在

虽然平均相对湿度在世界各地下降,但有一些地区 - 如印度和一些高纬度地区 - 似乎增加了。

值得注意的是,可能还有其他事情导致了相对湿度的区域变化。

首先,通过大气风和海洋电流在全球范围内移动热量,其图案和强度变化,又影响了大气湿度水平。其次,我们知道大气中二氧化碳(CO2)的增加,以及温度和水分的变化,影响了多少水分泄释。

第三,在森林砍伐,城市化和密集型和灌溉农业的情况下,土地使用的主要变化是影响局部水分水平。例如,研究显示在灌溉过程中添加的水会导致印度的热压力,尽管它会降低当地的温度。

海洋湿度怎么样?

关注世界的海洋,观察结果表明 - 随着预期的湿度在海洋中的空气中增加了。这已在新的全球数据集中展示,即我的同事和我最近在期刊上发表的地球系统科学数据188bet博彩公司怎么样

有趣的是,这个新的数据集显示了相对湿度实际上减少了海洋的许多地区。这足以使全球海洋平均相对湿度降低。

鉴于我们目前对湿度和蒸发的物理理解,这种减少很难解释。例如,期望来自气候模型是海洋的相对湿度应该保持相当恒定或略微增加

然而,我们也知道,海洋相对湿度的观测存在数据质量问题,所以这种下降趋势的不确定性很大。那么,这些数据是否反映了实际情况呢?

在一些地区,这种下降与附近的土地上的相对湿度下降一致。和重新分析数据 - 基于直接测量和天气模型的组合提供估计 - 也显示平均下降,尽管今年到年度的模式有点不同。简而言之,我们需要进一步调查这一点。

更广泛的影响

湿度的变化在全球和地方层面都有重大的连锁影响。

增加表面的水蒸气意味着更多的水蒸气最终将通过其作为温室气体的作用变得重要的大气来实现。

空气中的水分较高意味着更多的降雨- 特别是大雨事件。极端事件, 如飓风,已经可以毁灭社会和环境,因此降雨量增加了这些更危险的。此外,较高的湿度也可以提高热应激的风险在非常温暖的日子里。

减少相对湿度的影响不太明显。减少饱和度会影响称为的东西蒸气压赤字。这基本上是一种衡量大气在该温度持有的额外水蒸汽的量度。当蒸汽压力缺陷很高时,植物可能需要关闭它们气孔避免过多的水分流失。在这种干燥的条件下野火可以更容易地开始更容易地传播。

土地上相对湿度的降低非常有趣。我们没有看到气候模型的历史重建中的相同减少,尽管我们确实看到了越来越多的温度和特定的湿度。这意味着与饱和度和水蒸气水平相关的未来影响有点不确定,尤其是在那些具有相对湿度变化的强烈变化的区域上。

全球数据集

湿度的测量已经使用了几十年心理脉状物尽管最近往往会使用电子传感器。与所有气象观测一样,有些误差来源和偏见必须被占据,以便我们确定我们正在寻找气候信号而不是观察系统特征。

在过去的几年里,我领导了遇到欧特利中心的发展HadISDH数据集陆地和海洋表面湿度。这是贝特办公室之间的合作,国家物理实验室梅纳洛大学, 这NOAA国家环境信息中心, 这气候研究单位东安格利亚大学,而且国家海洋学中心

DataSet旨在用于研究大规模趋势和可变性,评估气候模型的有效性,了解气候变化。

它为2019年1月至2019年12月的每月平均数据提供全球网格。将每1月更新的数据集提供七个变量,包括特定湿度,相对湿度和同时测量的空气温度。对于更仔细的外观,数据可从中下载达到办公室网站现在就在了英国气象局气候仪表盘

该数据集使用了从海洋上的船只和陆地上的气象站观测到的温度和湿度。自20世纪70年代以来,全球范围内的覆盖率是合理的,尽管南半球的覆盖率很低,尤其是海洋。

然而,令人担忧的是自愿观察船舶(VOS)我们依赖于直接测量的直接测量已经显着下降,因为20世纪80年代的峰值约为7,700岁至目前仅为4,000人。

由于表面湿度不是通过卫星或漂移浮标来衡量的东西,因此我们持续监控这一重要变量的能力存在真正的风险。

Willett, K. M.等人(2020)HadISDH的发展。海洋湿度气候监测数据集,地球系统科学数据,188bet博彩公司怎么样DOI:10.5194 / ESSD-12-2853-2020

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