气候变化下城市供暖和制冷将在未来能源需求中发挥重要作用
研究人员报告称，如果温室气体排放量居高不下，到2099年，现有的全球能源预测将气候变化对城市供热和制冷系统的影响低估了50%。这种差异可能会对未来重要的可持续能源规划产生深远影响。
现有的研究主要集中在化学反馈循环，这是涉及能源使用、温室气体排放和大气之间复杂相互作用的大尺度过程。然而，由美国伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校领导的一个研究小组把重点放在了城市基础设施与大气之间经常被忽视的物理相互作用上，这种相互作用可能会影响局地微气候，并最终影响全球气候。
新研究强调，住宅和商业物业供暖和制冷产生的小尺度城市废热可能会对局地气候和能源使用产生重大影响。研究成果以“气候驱动的生物物理反馈导致城市能源风险升高”（Elevated urban energy risks due to climate-driven biophysical feedbacks）为题发表在《自然·气候变化》上。
研究人员说：“供暖和制冷系统产生的热量占城市总热量的很大一部分。这些系统产生的大量热量被释放到城市的大气中，使城市变得更热，进一步增加了对室内冷却系统的需求，这给当地气候带来了更多的热量。”
研究人员将这一过程称为建筑制冷系统的使用与当地城市环境变暖之间的正向物理反馈循环的一部分。作者还指出，气候变化导致的气温升高可能会减少寒冷月份的能源需求，这是一个负反馈循环，在任何气温和能源需求预测中都应加以考虑。
研究指出，减少供暖导致释放到城市环境中的热量变少，从而使城市变暖的程度低于当前气候。
研究人员说：“这一过程形成了一个物理负反馈循环，可能会抑制供暖需求的下降，但这绝不能抵消正反馈循环效应。相反，模型表明，这可能会使季节性电力需求两极分化，从而带来一系列问题，需要仔细规划。”
为了将这些被忽视的物理因素纳入气候变化的大背景中，研究小组使用了一个混合模型框架，该框架结合了地球系统动力模式和机器学习，以研究城市气候变化和不确定性下的全球城市供热和制冷能源需求，包括城市在收入、基础设施、人口密度、技术和温度耐受性方面的差异所带来的时空挑战。
研究人员表示，“这项研究带来的启示是，综合正负物理反馈循环影响的能源预测很有必要，这将为更全面的气候影响评估、基于科学的决策以及对气候敏感的能源规划协调奠定基础。”
从半球间能量输送的角度理解气候模式中全球季风的模拟偏差来源
全球季风是全球大气环流系统的重要组成部分。季风的异常变率和未来变化会调制降水，进而影响全球2/3人口赖以为生的淡水资源。因此理解季风的异常变率和预测其未来变化非常重要，这高度依赖气候模式。但是当前气候模式模拟全球季风时，经常呈现明显的偏差。值得注意的是，第三次（CMIP3）和第五次（CMIP5）耦合模式比较计划发现北半球和南半球季风降水模拟中，分别存在明显的干偏差和湿偏差。类似的偏差在最近的CMIP6里依然存在，但是其原因并不清楚。
近日，中国科学院大气物理所科研团队与美国西北太平洋国家实验室合作在《气候杂志》（Journal of Climate）撰文，为理解季风降水的模拟偏差来源，从半球间能量传输的角度，建立了诊断框架，强调观测中半球间的能量传输与两半球局地夏季的季风区降水之间的内在联系。在北半球夏季，半球间热力差异的格局驱动高（低）层向南（北）的湿静力能输送，形成相对应的季风环流和降水。反之在南半球夏季亦然。半球间能量输送主要受大气净能量通量在半球间的差异驱动。在模式中，这主要由大气层顶向下的长波辐射通量和地表向上的长波辐射通量贡献。
采用上述的诊断框架，研究团队评估了CMIP5和CMIP6的模式技巧。结果揭示相对于CMIP5，CMIP6模式的技巧普遍提高，尤其是北半球季风区的干偏差得到显著的降低。这些提高主要由地表向下的长波辐射的负偏差减少贡献，使得CMIP6模式里低层向北的能量输送比CMIP5更强。
该研究揭示了季风的模拟偏差与能量输送之间的联系，为未来气候模式的发展完善和全球季风的模拟改进提供了参考。
极端森林大火加剧全球变暖
9月25日，《自然》在线发表了论文“森林大火加剧火后地表升温”（Forest fire size amplifies postfire land surface warming）。该研究系统性揭示了极端森林大火通过放大火后地表升温进而加剧全球气候变暖的过程与机制，在森林野火生态气候效应领域取得了突破性成果。
随着气候变暖，全球极端火灾天气的频率不断上升，导致极端大火频发。全球平均每年约有1.65%的森林遭受火灾。作为全球森林生态系统的主要干扰因素，森林野火不仅通过燃烧生物质释放温室气体，影响地球的辐射平衡，导致地表温度上升；同时，火后树木的死亡与地表变黑会导致蒸腾减少和太阳短波辐射吸收增加，进一步加剧地表升温。因此。森林野火对全球变暖具有显著的正反馈作用。
极端大火如何影响森林野火的气候反馈作用？该研究基于多种卫星观测数据发现，在北半球温带和寒带森林中，极端森林大火显著放大了火后十余年的夏季地表升温幅度，证实了林火气候反馈的“空间尺度效应”。研究还发现，随着阔叶树比例的增加，火后升温幅度及其随林火斑块面积的空间尺度效应都会减弱。气候智慧型林业应以减轻大火的气候风险为目标，适当增加阔叶树的比例。该研究不仅为理解森林野火的生态气候效应提供了新的视角，还为未来的森林管理和气候变化应对策略提供了重要参考。
多年冻土融化或致北极野火增加
韩国科学家研究预计，气候变化造成的多年冻土急速融化会导致北极和亚北极地区野火增加。多年冻土地区的野火骤增可能会导致陆地碳净吸收量改变。相关研究近日发表于《自然·通讯》。
在北极和亚北极地区富含碳的土壤上，野火通常发生在相对温暖干燥的夏季。已经证实多年冻土（经久冻结的地面）因全球变暖正在融化，导致土壤水分含量改变，这或会改变野火发生的可能性。但这一变化的潜在影响尚未在综合气候模型中得到充分体现。
韩国釜山大学研究人员利用通用地球系统模式2（CESM2），着手研究多年冻土融化的影响。在1850—2100年间的历史和未来预测排放场景下的50次气候模拟中，作者分析了多年冻土融化和野火的快速变化。
这个模型预测，与历史时期相比，21世纪中后期西伯利亚和加拿大等地区的多年冻土活动层厚度将显著增加，土壤含冰量将迅速减少。未来气候场景下温度升高还和土壤水分快速减少有关，因为土壤融化加剧会导致水分向下渗透，远离地表。土壤水分的骤减与地表气温上升、相对湿度下降相关，进一步加剧了气温升高的影响。
研究者指出，土壤水分的这些改变或与高纬度地区（如西西伯利亚和加拿大）预测的在21世纪末野火加剧相关。
这项研究强调了改进模式技术的重要性，这些技术需考虑复杂的环境相互作用，如多年冻土融化和土壤组成，这些都会受到人为气候变化的影响。
未来干旱期可能比预期更长
一项新研究显示，到本世纪末，平均最长干旱期可能比气候模式此前的预测要长10天。这些发现表明，干旱在今后几十年对社会和生态系统造成的危害可能大于预期。科学家在9月18日的《自然》上公布了这一研究成果。
气候模式预测全球许多地区的极端干旱气候会加剧，但由于存在不确定性，人们难以实施有效适应策略使干旱的环境影响最小化。在这项研究中，比利时根特大学研究人员分析了一系列气候模式在中度排放和高排放场景（IPCC的SSP2-4.5和SSP5-8.5场景）下预测干旱的可能偏差。随后他们用1998—2018年间每年连续干旱最长天数（被称为最长年度干旱期）的历史观测数据校准了这些预测结果。
研究人员估计，到本世纪末，上述两种场景下经过校准的模式所预测的最长年度干旱期长度的增幅，可能比未校准模式的预测值平均高出42%～44%。这表明到2080—2100年，全球平均最长年度干旱期会比此前预测的时间长10天。
他们还发现，在北美洲、南美洲和马达加斯加，校准模式预测的最长年度干旱期的增幅大约是未校准模式预测的两倍。
但研究人员也指出，在两种排放场景下，中亚和东亚校准模式预测的未来最长年度干旱期的减少量可能比未校准模型预式的减少量多出近3倍。这一发现表明，一些地区出现更频繁降雨和洪水的风险会增加。
研究人员表示，这些发现凸显出在全球重新评估干旱风险的必要性，并强调了纠正现有气候模式偏差以增加预测可信度的重要性。
全球变暖对经济的打击：富人面临的风险上升更快
在德国波茨坦气候影响研究所（PIK）的一项新研究中，研究人员分析了因全球变暖而日益加剧的不稳定天气事件如何影响不同收入群体的全球生产和消费。
研究结果证实，全球最贫困的人群承受着气候变化带来的最大经济风险。令人惊讶的是，富人面临的风险增长最快。巴西或中国等转型经济体也极易受到严重影响和负面贸易效应的冲击。在所有国家中，这些经济体面临的风险最高，因为它们受到多变天气和不利贸易影响的严重冲击。随着全球持续变暖，预计大多数国家面临的这些风险将进一步加剧，并在全球供应链中产生连锁反应，影响全球的商品和服务。
PIK科学家Anders Levermann说，“在未来20年里，气候变化将增加不稳定天气带来的经济风险。全球最贫穷人口面临的风险仍然最高。但对于美国和欧盟等经济发达国家和地区，经济风险的增加对富人来说最为严重。因此，世界各地的消费者，无论收入如何，都将面临全球变暖带来的日益严峻的挑战——如果不向碳中和过渡，我们最终将无法应对这些挑战。”
研究揭示大气极端高温事件在全球湖泊 水温和湖泊热浪变化中的作用
近日，中国科学院南京地理与湖泊所、南京大学、英国班戈大学等的科研人员，在《自然·气候变化》上发表了题为“大气高温事件对湖泊表面水温上升的影响不成比例”（Disproportionate impact of atmospheric heat events on lake surface water temperature increases）的研究成果。该研究揭示了大气极端高温事件对全球湖泊增温和湖泊热浪的影响。
该研究耦合数值模拟和卫星观测等技术，量化了极端高温事件对全球1260个湖泊水体（1979—2022年）的夏季水温和湖泊热浪变化的贡献。结果表明，全球湖泊经历的极端高温事件持续时间和累积强度增加，平均增长率分别为每十年1.4天和0.92℃·天。尽管极端高温事件仅占夏季总天数的7%，但贡献了24%的湖泊表面夏季升温趋势（欧洲地区的影响最明显）。进一步，研究提出，极端高温事件是湖泊热浪持续时间和累积强度的关键驱动因素。
湖泊是地球表层重要的地理单元，储存了全球约87%的可用淡水，具有旅游、供水、调蓄等生态系统服务功能。气候变暖导致水温升高，引发湖泊缺氧、藻类水华暴发等生态环境问题，威胁着湖泊生态系统安全和流域的可持续发展。因此，探讨湖泊对气候变化的热力响应过程和机理是评估气候变化对湖泊生态系统影响的理论前提。随着气候变化的加剧，全球大气极端高温事件愈发频繁且强度越来越高。这些极端事件增加了气候变化对湖泊热力学影响的复杂性。
该研究剖析了极端高温事件在湖泊水温和热浪变化中的作用，强调了短期极端天气事件在塑造长期湖泊水温动态中的作用。这一成果对于探索气候变化对湖泊系统的影响机理以及湖泊管理治理等方面等具有科学意义和现实意义。
海水变暖改变飓风模式和强度
海水变暖导致飓风强度和模式出现惊人变化，这正在迅速改变人们对这些极端天气事件的认识。英国广播公司在最近的一篇分析文章中指出，这些强大的风暴正在遵循不同的路径，同时速度有所减慢，甚至变得更加不可预测和危险。
飓风、台风等热带气旋行为的变化是对海洋温度升高的反应。目前海洋温度已达到创纪录的水平。这些大自然的“引擎”将海洋热量转化为动能，给岛屿和沿海城市造成破坏，并导致许多基础设施被摧毁。
美国国家海洋和大气管理局气候科学家詹姆斯·科辛表示：“飓风会对它们所处的环境做出反应。”随着海洋温度的升高，这些风暴现在比往常更早地表现出后期的特征。
这一现象的一个显著后果是飓风季的延长。美国奥尔巴尼大学的专家克里斯滕·科尔博谢罗表示：“在气候变暖的情况下，我们预计海水的温度足以让飓风在一年中更早的时间出现。”因此，未来的飓风季很可能开始得更早，且持续时间更长。
海洋温度的上升还与飓风的加速增强有关，这使得飓风能更快地发挥出最大威力。科辛指出，这种加速是由于可用能量的增加，并将这一过程比喻为“改变化油器的喷嘴以增加燃料供应量”。
除了强度变得更大，飓风的行进也在放缓，这造成了严重影响。科辛2018年进行的一项研究表明，自20世纪初以来，美国附近的飓风的行进速度减缓了约17%。
造成这种情况的可能原因是全球不均匀变暖，尤其是北极地区的快速变暖，这使北极和热带地区的温差减小。而这降低了风的强度，从而减缓了飓风的移动速度，增大了发生暴雨和更大破坏的风险。
缓慢移动的飓风可能会带来破坏性的降雨，2024年8月的飓风“黛比”就是这样的例子，该飓风在佛罗里达州墨西哥湾沿岸缓慢移动，造成了灾难性降雨。气温升高导致空气湿度增大，也会使飓风带来更多降雨。
气候变化不仅影响着飓风的频率和强度，还影响着飓风的路径。科辛及其同事2014年进行的一项研究表明，在北半球，飓风的路径以每十年53公里的速度向北移动，而在南半球，则以每十年62公里的速度向南移动。这可能会使新的地区受到飓风的影响，并增大以前不习惯这些天气事件的地区的风险。
（《气候变化动态》编辑组）
