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美国宇航局卫星轨道地球 信用:美国国家航空航天局/未加注
全球气温
2017年6月21日16:44

研究:为什么对流层的变暖在模型和卫星数据之间不同

Zeke Hausfather.

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06.21.17
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

21.06.2017 |下午4:44
全球气温 研究:为什么对流层的变暖在模型和卫星数据之间不同

全球温度升高的最常见措施在地球的表面上,但科学家还收集了关于大气中高于我们的温度如何变化的数据。

特别感兴趣的是对流层 - 几乎所有天气都发生的大气层。为了跟踪温度,科学家使用卫星,这已经提供了数据,因为它们于20世纪70年代末首次推出。

自从21世纪的开始以来,卫星记录的对流层变暖比气候模型投射的速度慢。在一项新的研究中,发表在自然地球科学188bet博彩公司怎么样,研究人员发现这些差异超出了自然变异性所期望的范围。

相反,他们说差异可能是最近在气候莫德勒制造的假设中预期的温室气体排放,太阳能,火山喷发和空气污染的最新变化。

总体而言,该研究表明,虽然对近年来的模型预测的模型预测的,但虽然它的证据表明,它已经放慢了速度。

来自卫星的温度

我们的大部分时间历史温度数据来自地球表面上的气象站,船舶和浮标。自1979年以来,大气的温度记录也可从卫星为基础的微波探测单位(MSU)。这些测量大气中微波辐射带的“亮度”,科学家可以从中估算空气温度。

然而,由卫星仪器测量的带不能容易地提供大气层的特定层的温度。研究人员已经确定了与跨越0到10km,中间对流层(TMT)的较低的对流层(TLT)的温度的特定条带,其跨越0到20km,跨越10至30公里的较低平流层(TLS)。

不幸的是,这些乐队往往重叠一下。例如,TMT估计将包括较低平流层的一部分,而TLT估计将包括一些表面温度。这些重叠物质,因为预计大气的不同部分会与气候变化相比非常不同。

当温室气体捕获进入的太阳辐射时,它们往往会增加表面和更低气氛的温度,减少温度在较少的太阳辐射的上层大气中逸出。我们看到了这一点在卫星观察中和天气气球的数据,下划线较低的流动圈是冷却,而潜在的对流层和表面是升温。

由于卫星的对流层温度估计与部分平流层重叠,因此它们最终结合了一点带有对流层的平流层冷却,可以低估了真正的变暖速度。为避免这个问题,新的研究适用于校正以消除来自TMT系列的一些平坦散式冷却。它们用于此方法的方法在发布的前一篇文章中介绍了气候杂志

纠正数据中的错误

处理平流层污染不是使用卫星数据时唯一的挑战。与有成千上万个单独观察站的表面不同,只有大约两到三个MSU卫星在任何给定时间都在测量和卫星只有最后一个在他们需要更换之前大约五到十年。

虽然卫星旨在每天同时通过地球的同一部分,那种变化作为他们的轨道腐烂。例如,十二年前,曾经在伦敦过度的卫星在伦敦,现在可以在晚上8点举行。改变观察时间对测量的温度有很大影响,研究人员需要纠正其测量。

类似地,替代卫星可以从其前身略微不同地测量温度。例如,2000年左右,卫星中的仪器改为了升级版本传感器。所有这些都可以将偏差引入需要解决的测量。

有两个主要组,用于处理相同的MSU数据以估算大气温度:阿拉巴马大学,亨茨维尔(uah)和遥感系统(RSS)。每个组都有一个不同的假设,可以对数据中的各种问题进行纠正,并且他们最终得到相当不同的结果。您可以看到UAH(黄线)和RSS(蓝色)数字如何在下面的图表中不同 - 特别是在2000年之后。

年度全球平均中间对流层温度rss.uah.从1979年到2016年,覆盖82.5 N-82.5 S.没有平坦的调整被包含为调整的UAH数据集不可用。通过碳简短使用图表金宝搏bet188高级园林

虽然RSS通常同意全局在地表温度记录中看到的变暖速度,但UAH显示得更少的变暖 - 包括1998年后的温度上升的更加明显的放缓。卫星记录之间的差异远大于不同表面温度估计之间的差异。共同作者Carl Mears博士是RSS的联合创始人,表明:

“一般来说,我认为表面数据集可能比卫星数据集更准确。研究差价远远大于表面数据,表明结构性更大的结构不确定性。“

卫星数据集之间的这些巨大的不确定性稍微使对流层气温与气候模型的任何比较复杂化,因为它不清楚是否存在分歧是由于模型中的问题或观察中的问题,并且留下可能发生对数据的额外校正的可能性将来。

与气候模型的比较

在他们的论文中,研究人员采用了许多不同的统计测试来比较气候模型和TMT的观察。它们纠正了平流层冷却影响的模型和观察,并比较了1979年至2016年的两种时间,如下图所示。上图显示了模型输出,下图显示了RSS的观察。

与CMIP5多模型平均TMT相比,顶部面板显示平面校正的RSS TMT。底部面板显示两个随时间之间的差异。来源:Santer等人。(2017)

虽然在2000年之前模型和观察中的变暖速度非常接近,但2000年后的差异要大得多。这些差异中的一些是通过短期自然变异来解释的,例如ELNiño事件,这不一定在模型中与观察中的模型中的同时发生并趋于平均出来。然而,即使从观察结果中删除,研究人员也发现仍然存在显着的差异。

为了解释这些差异,研究人员测试了许多不同的可能因素。首先,他们希望看到差异可以通过el Nino和Ocean温度振荡的长期多码自然可变性来解释,这些自然振荡在模型平均值中未被捕获。

They found that while natural internal variability can explain most of the relatively small differences between modeled and observed tropospheric warming in the last two decades of the 20th century, but can’t fully explain why model tropospheric warming is larger than in the satellite data during much of the early 21st century.

其次,他们看着看出差异可能是由模型对CO2敏感的。他们发现模型敏感性之间没有可辨别的关系,以及它们在此期间准确地预测对流层温度的能力之间。

研究人员来到的是模型观察差异没有下降到单一因素,而是一个组合。具体而言,它们是由于内部变异性的组合,近年来模型有一些气候强制。

气候模型使用历史数据,了解温室气体浓度,太阳能输出,火山喷发,空气污染等因素,可以通过2005年左右影响气候,但在此之后,这些指出将在未来发生变化的假设。最近的研究has suggested that a series of moderate volcanic eruptions, a long and unusually low minimum in the sun’s energy output during the last solar cycle, and an uptick in particulate pollution from Chinese coal-fired power plants have all changed these forcings in ways unanticipated by the modelers.

这些强制将以当前的建模努力更新,称为CMIP6.,正在为下一个关于气候变化报告的政府间议会进行完成。这一新一代模型,近年来迫使近距离观察,可能会表现出更好的对象温度观察对应,但可能与二氧化碳的任何或多或少敏感而不是先前的模型(CMIP5.)。

根据加文施密特博士是,美国宇航局戈达德航天研究所的总监没有参与论文,甚至还有计划通过更新的强迫来重新运行较旧的CMIP 5生成气候模型,以便如果在不改变其他因素的情况下更新那些时会发生什么。

最终发现,虽然自2000年自2000年以来,虽然气候模型与对流层的观测之间存在不匹配,但迄今为止,模型/观察差异暗示气候对温室气体敏感的证据。结果表明,虽然模型和观察之间的这些短期差异是一种巨大的科学兴趣的主题,但它并没有减少长期人类驱动的变暖的现实。

桑特,B.D。等。(2017)模型和卫星对流层变暖率,自然地球科学的差异原因,188bet博彩公司怎么样DOI:10.1038 / NGEO2973

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