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地学系罗勇教授研究团队重建百年北极温度 揭示全球变暖并未停滞

2017-11-22

       11月20日,清华大学地球系统科学系(以下简称“地学系”)罗勇教授研究团队与美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校张向东教授和国家气候中心聂肃平副研究员等合作,在《自然·气候变化》(Nature Climate Change)上在线发表论文《北极近期快速变暖使得全球变暖继续》(Recently Amplified Arctic Warming Has Contributed to a Continual Global Warming Trend)。该文采用新的插值方法重新建立了一套时间跨度达百年以上、时空协调性强的北极地区地面气温序列;对新资料的分析表明,全球气候仍在继续变暖,并未出现停滞现象。对于近年来国际科学界关于“全球变暖停滞”是否存在以及其形成机制的激烈争论,这一研究提出了新的见解。

        大约从2009年开始,“全球变暖停滞”成为科学界关注的热点之一。持不同观点的人士也把它作为对全球变暖的新的质疑。“全球变暖停滞”指的是,1998年以后虽然全球平均二氧化碳等温室气体浓度继续攀升,但全球地表平均温度似乎停止了进一步上升,并停留在温度较高的状态。1998-2012年每十年温度升高0.05℃,明显低于1951年以来每十年温度升高0.12℃的升温速率。“全球变暖停滞”现象与大气中CO2浓度的持续增加的不一致性,让人们怀疑全球变暖是否已经停止了?人类排放的温室气体是否是全球变暖的原因?是否还有必要加紧开展温室气体的减排?为了回答这一广泛关注的重大科学问题,全球范围内的气候学家开展了大量的研究,试图从太阳活动、火山活动等外强迫、中深层海洋的热容量、太平洋以及北大西洋的作用等方面对此进行解释。

       然而,由于地面气温的观测站点在全球分布不均匀,特别是在南、北极地区观测极度缺乏;未将近年来快速强烈变暖的北极地区包括在全球平均温度的计算之中,会对“全球变暖停滞”现象的判断产生多大的影响?这是当前急需解决的科学问题。

       本文的研究团队采用美国国家海洋大气局(NOAA)最新发布的1850-2014年全球气温观测数据(极地地区缺乏观测资料)和国际北极浮标观测计划(IABP)提供的北极地区1979-2004年的浮标观测资料以及经验正交函数数据插值方法(DINEOF),充分利用北极气温在时间和空间二维空间上变化的协调性,对缺少观测地区进行温度重建,建立了一套覆盖50° N以北地区1900-2014年的年平均温度序列。

       基于新资料的研究发现,北极地区在2000年后变暖加速;如将北极地区加入到全球平均气温的计算当中后,1998-2012年变暖趋势为每十年0.112℃,显著高于不包括北极资料的每十年0.05℃升温趋势,并且与1951-2012年的变暖趋势相差无几。该研究首次揭示了北极地区的快速升温可能抵消了近年来热带东赤道地区降温对全球平均气温的影响;全球升温的空间分布虽然发生了变化,但是全球平均温度的上升趋势并未改变。研究进一步指出,北极地区观测资料的缺乏对全球平均温度计算的影响远大于南极地区。该文的研究结论,澄清了当前对全球变暖是否停滞的争论,即全球变暖仍在继续,并未停滞。

图注:不同时段全球平均地面气温的变暖趋势及不确定性范围。右上角小图为后5个时段的放大图。黑色实心三角为用于重建的NOAA年平均气温变化率,蓝色实心圆为原始的NOAA月平均气温变化率,红色实心圆为包含本文重建的北极温度后的全球平均气温变化率。Bar为90%的信度范围。(单位:℃/10年)

从左至右:本文第三作者张奇漪硕士、通讯作者罗勇教授、张向东教授和第一作者黄建斌博士2014年8月在阿拉斯加西沃德(Seward)冰川考察。

       清华地学系黄建斌博士是本文第一作者,罗勇和张向东教授为通讯作者。合作者还包括清华地学系硕士毕业生张奇漪、林岩銮副教授、郝鸣驹博士生、赵宗慈研究员、姚遥博士、陈欣博士、王蕾博士、张建松高级工程师和国家气候中心聂肃平副研究员、尹宜舟副研究员、徐影研究员。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41558-017-0009-5