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死的vlei树与海市蜃楼,南非亚日。
死的vlei树与海市蜃楼,南非亚日。 图片来源:John King / Alamy Stock Photo。
客人的帖子
2020年9月1日11:00

客座帖子:为什么陆地比海洋变暖更快?

迈克尔·伯恩博士

迈克尔·伯恩博士

01.09.2020 |11:00 AM
客人的帖子 客座帖子:为什么陆地比海洋变暖更快?

去年,全球气温是0.95C暖和比20世纪的平均水平。人类活动负责大约100%的变暖

深入了解这些数字表明地球的陆地地区是1.43C暖和比平均水平,而海洋是气温升高0.77摄氏度.这是世界上近几十年来世界各大洲的大陆如何更快地温暖。

陆地和海洋温度变化之间的这种对比将强烈地塑造未来全球变暖的模式,并对人类有重要的影响。毕竟,我们是一种更喜欢生活在陆地上的物种。

但是是什么导致了这种气候变暖的反差呢?这是一个看似简单的问题,但答案却很容易被误解。在这篇客座文章中,我概述了近年来才发展起来的一个强有力的、定量的陆海变暖对比理论。

热力容量

简单的物理学表明,当你向气候系统中注入更多的热量时,陆地会比海洋更快地变暖。这是因为土地面积更小热力容量这意味着它需要更少的热量来提高它的温度。

下图表显示了地球的陆地表面(黄线)在观测记录上的海洋(深蓝色)更快地温暖了。

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地表温度记录显示,陆地上的升温明显放大。图表显示陆地(黄线)、海洋(深蓝色)和陆地和海洋结合(浅蓝色)的年平均温度。所有数字与1901-2000年有关。
美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地表温度记录显示,陆地上的升温明显放大。图表显示陆地(黄线)、海洋(深蓝色)和陆地和海洋结合(浅蓝色)的年平均温度。所有数字与1901-2000年有关。noaa的数据;图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

在季节性气候系统的不同部分也可以看到这种效果。例如,随着太阳在北半球春季北方的北部移动,其能量迅速加热印度相对于周围的海洋。金博宝188备用地址加热中的这种对比在驱动南亚季风的逆转中起着关键作用。

土地的小热量也有助于解释为什么一些大陆地区,如俄罗斯和美国中部,夏天可以在冬天变得非常寒冷。这被称为“大陆”。

考虑到热容量在季节性陆地-海洋变暖对比中的核心作用,它是试图解释为什么在气候变化下大陆比海洋变暖更严重的自然起点。但这种解释有一个问题。

变暖的对比

在一个具有里程碑意义的1991年的论文,气象学家Syukuro Manabe他的同事用早期气候模型比较瞬态气候系统的回应逐步增加二氧化碳转移到长期平衡回复。

换句话说,他们是在比较二氧化碳增加时的气候和二氧化碳停止上升、气候最终稳定在新的、更温暖的状态时的气候。

如果陆地和海洋之间的热量差异是控制温暖对比的决定性因素,我们希望一旦海洋有足够的时间来预热,我们希望在均衡时消失。

但这并不是Manabe的发现。相反,他发现陆地和海洋变暖的比率(现在被称为“放大系数“)在瞬态和均衡实验中类似。

这是陆海变暖对比的证据——在下面的预测本世纪末变暖的地图中突出显示——是对气候变化的基本反应,而不是由热容量控制的。如果热容不能解释气候变化中土地变暖加剧的原因,那么什么可以呢?

气候模式对21世纪末(2080-2100年)相对于历史时期(1980-2000年)近地表温度变化的预估。来自GFDL-CM4模型的数据在化石燃料,高排放量SSP58.5场景下;Myrne的图表。

气候模式对21世纪末(2080-2100年)相对于历史时期(1980-2000年)近地表温度变化的预估。数据来源于GFDL-CM4模型化石燃料,高排放SSP58.5场景;Myrne的图表。

超越热力

第一种解释最初是由Manabe提出的,它调用了表面能量平衡。金博宝188备用地址这描述了地球表面和其上方大气之间的能量交换。金博宝188备用地址

当大气中二氧化碳浓度增加时,进入地球表面的辐射增加,导致温度上升。这是因为地球表面辐射出的大量热量被大气中的温室气体捕获了。

但是,这种由二氧化碳引起的地表变暖的程度取决于有多少是由局部因素平衡的,这些因素导致降温——即由蒸发引起的降温,以及由陆地表面和其上方空气之间的干热交换引起的降温。(后者引起的大气变暖也倾向于抑制云的形成,因此,会导致进一步干燥土地表面。)

海洋——有无限的水可以蒸发——可以在变暖的气候中有效地冷却自己,只需要稍微升高温度就可以蒸发越来越多的水。另一方面,大陆的水分供应通常有限,因此蒸发受到限制。

这意味着,在大陆上,在变暖的气候中,更多进入地表的额外辐射需要通过干热交换和长波辐射冷却来消散,而不是土壤水分蒸发蒸腾损失总量.与自由蒸发的海洋相比,这意味着表面温度的较大增加。

陆-海变暖对比的“表面能量平金博宝188备用地址衡”理论也被提出最近的研究

对于扩增的欧式变暖的这种解释是直观的,并且在确定温度变化时的土地“干燥”的关键作用是直观的。但它需要得到硬度的支持。

地表能量平衡理论的一个问题是,它依赖于陆地表面的特性金博宝188备用地址——变化多端、复杂且难以模拟——以便准确地表示气候模型.特别是,量化蒸发蒸腾的响应如何应对变化的气候 - 表面能平理论的关键成分 - 需要了解区域土壤水分和植被以及这些属性如何随着气候变化。金博宝188备用地址一项艰巨的任务。

此外,大气上的因素也很重要:降雨和风将如何变化?影响陆面能量平衡的无数过程意味着,使用这一框架作为陆-海变暖对比的定量理论的基础是具有挑战性金博宝188备用地址的。尽管这个观点在概念上是有用的,但它提供了对推动变暖对比的物理学的不完全理解。

一个新的想法

而不是表面能量平衡,金博宝188备用地址大气动力学- 大气的运动及其热力学状态 - 基于对过去十年开发的土地温暖对比的新了解。

2008年的一篇论文Manoj教授Joshi.- 然后在达德利中心雷丁大学现在在东安格利亚大学- 是第一个指出大气中的动态过程在陆地和海洋区域的湿度下连接温度和湿度。

具体而言,他表明流逝速率 - 高度的温度降低 - 随着气候变暖而不是土地减少。这是因为海洋上方的空气在任何时刻,通常比在陆上的空气中保持更多的水蒸气。

这些对比流逝速率变化解释了变暖的对比:落地率的较弱降低意味着相对于海洋的陆地表面温度较大。

这种机制不一定是直观的,而是依赖于大气动力学中完善的过程。不同的递减率变化是现在接受作为土地上海温暖对比的基本驱动力,特别是在低纬度(高达约40n和40s)。在地区放大升温包括地中海也可以用相同的失误率机理来解释。

定量理论

凭借他的2008年纸,Joshi对土地温暖对比引入了新的概念理解。但是,再次解释是定性的。

在一起奥格尔曼教授保罗来自麻省理工学院,我意识到流逝率参数可以扩展并发展成定量理论。

关键的观点是尽管在陆地和海洋温度和湿度的变化是非常不同的,发现的大气动力学约束Joshi暗示特定组合的温度和湿度的变化——具体来说,一个包裹中包含的能量静止的空气,被称为数量金博宝188备用地址潮湿的静态能量金博宝188备用地址-近似相等。这一发现使我们得以推导出陆地温度变化的方程,并将其发表2018年

我们的方程表明,陆地温度对气候变化的响应取决于两个因素:海洋变暖和在今天的气候下陆地有多干燥。

解干燥的土地,它的温暖越多。该理论已经存在验证气候模型使用观察数据在过去的40年里。该理论解释了为什么土地变暖预计干旱的干旱亚热带地区的土地变暖将特别严重,并解释了为什么近几十年来土地的相对湿度一直在下降。

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对未来陆地温度预估理论的一个重要意义(不同的模型有很大的不同)这是准确模拟干燥土地是至关重要的在目前的环境下,但由于陆地表面的复杂性,这在技术上是很棘手的。

不符合众所周知的

这种对陆海变暖对比的新理解已经被大气动力学和气候动力学研究团体所接受。

但是,可以公平地说,在更广泛的气候科学和气候中仍然没有众所周知的是,陆地海洋温暖对比由干燥驱动而不是热容量的差异。188bet博彩公司怎么样

并且它肯定在公共领域不众所周知。就理论本身而言,一些研究人员发现陆地表面的复杂性令人惊讶地归入单一的“干燥”参数。

我还发现它令人惊讶和鼓舞人心的是,系统作为大陆气候的复杂性的反应可以逐步逐步逐步逐步。我会倡导更多关于气候科学的这种概念研究。188bet博彩公司怎么样

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