《气候变化动态》2025年第3期信息概览

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《气候变化动态》2025年第3期信息概览

发布时间:2025-01-20 打印

从地球到太空边缘的大气层新数据

  由东京大学研究人员领导的团队创建了一套覆盖整个大气层的数据集,这使得对以往难以研究的区域开展新研究成为可能。该团队利用全新的数据同化系统JAGUAR-DAS(该系统结合了数值模型与观测数据),构建了一套长达近20年、从地面到太空低层的大气数据集。这一数据集的创立,使得研究人员可以深入探讨各大气层之间的垂直相互作用及其全球范围的联系,从而改进气候模拟和季节性天气预报。此外,该数据集还为大气科学家和空间科学家的跨学科合作提供了机会,为进一步探索太空与大气的相互作用及其对地球的影响提供可能。该研究以“《JAGUAR-DAS全大气数据集:JAWARA》”(The JAGUAR-DAS whole neutral atmosphere reanalysis: JAWARA)为题刊载在《地球与行星科学进展》(Progress in Earth and Planetary Science)上。

  该数据集涵盖的时间范围为2004年9月到2023年12月,包括了从地面到约110公里高空(即太空边缘)的多个大气层。特别值得关注的是位于50公里至110公里之间的区域,由于这一层大气区域的研究极为困难,它曾被称为“未知层”。这一高度既低于卫星的观测范围,又高于气象气球的监测能力,导致数据缺乏,相关研究也较少。然而,这一地区却蕴藏着重要的科学价值,其特征是存在影响风和温度的全球大气潮汐和小尺度重力波,此外,它在空间天气事件强度影响方面也起着重要作用。

  该团队研究人员表示,JAGUAR-DAS全大气再分析(JAWARA)数据集是一个强大的研究工具,它首次使人们能够定量地理解大气环流及中间层和热层大气中的波与涡旋的层次结构。更深入地理解这些大气层的大气活动,将有助于人们提升应对气候变化的能力,延长季节预报的时效性,并加深对空间天气现象的理解。

  研究人员进一步指出,目前全球仅有少数研究机构开发了能够覆盖至太空下缘的通用大气环流模式。近期研究表明,极端平流层现象可能至少从上中层大气开始。因此,定量分析中层大气和热层大气的现象,对于天气预报至关重要。

  目前,该数据集已公开,研究团队计划进一步利用该数据集,探讨大气中的大尺度环流及其层次结构特征,同时研究垂直方向及半球间的耦合关系。该团队还希望进一步与空间科学家合作,深入研究大气层与太空的相互作用,特别是中间层和电离层。

  

2024年全球海温变化研究报告发布

  1月10日,由中国科学院大气物理所(以下简称大气所)牵头,联合全球31个研究单位的54位科学家组成的国际研究团队,发布了2024年全球海温变化研究报告。报告显示,2024年全球海表平均温度、海洋上层2000米热含量再一次达到了人类有观测记录以来的最高值。相关研究成果发表在《大气科学进展》上。

  “海洋逐年不断刷新变暖纪录,这一现象已然成为了一种新常态。”论文通讯作者、大气所研究员成里京说。

  来自不同研究机构的数据产品一致表明,2024年海洋上层2000米海洋热含量再次达到历史新高。数据显示,2024年海洋上层2000米海洋热含量比2023年增加了16±8ZJ(1ZJ=1021焦耳)。以2023年中国社会的总用电量为基准,如果将16ZJ的热量完全转换为电能,其能量储备足以支撑全中国社会的用电需求约450年之久。

  此外,海洋表面温度创造了现代有观测记录以来的新高。海洋表面温度指的是海洋与大气接触处的温度,是海气相互作用的关键变量,能够影响较大范围的天气与气候。来自大气所、美国海洋和大气管理局、欧洲哥白尼海洋监测中心的数据显示,2024年全球平均海表温度分别比2023年高0.07℃、0.05℃和0.06℃。

  成里京强调,海洋的加速变暖和热量的累积并非全球均匀分布,地区差异非常显著。报告分析了海洋变暖过程的区域特征,发现2024年印度洋、热带大西洋、北大西洋、地中海、北太平洋、南大洋等区域海洋热含量均创下历史新高,显示了全球海洋大规模增暖的特征。热带地区、西北太平洋、印度尼西亚贯穿流等海区海温变化波动较大,主要受到厄尔尼诺-南方涛动、太平洋年代际涛动等现象的调控。

  海洋物理环境的显著变化已经严重威胁了海洋生态环境与人类可持续发展。2024年,全球有104个国家记录了有史以来最高的温度,多地经历了极端天气事件,例如大范围的干旱、热浪、野火,影响了南非、南亚、菲律宾、巴西、欧洲及美国东北部。2024年3月,澳大利亚大堡礁发生了大规模的珊瑚白化事件;而7月加勒比海地区、9月的美国东南部及中国海南地区,先后遭受了多次超强台风(飓风)的袭击。10月底,西班牙遭受到了“现代史上西班牙最严重的洪涝灾害”的袭击,短短几小时内,河流泛滥成灾,造成了至少223人丧生。

  “海洋持续变暖会降低海水中的溶解氧含量,影响海洋生态系统稳定性,进一步影响人类开发利用海洋渔业资源。海洋是台风、飓风等极端天气的能量来源,更暖的海洋也将导致未来台风更强、降水更多,给登陆地造成经济和社会损失,这些极端气候事件背后都有着地球系统增暖的推波助澜。”成里京指出。

  该研究同时发布了4个国际机构的2024年海洋数据,分别是来自大气所的海温数据、意大利国家研究委员会海洋科学研究所的再分析数据、欧洲哥白尼海洋监测中心的海温数据、美国海洋和大气管理局的海温数据。大气所海温数据使用了自然资源部第二海洋研究所Argo野外站提供的经质量再控制的全球实时Argo数据集,使用了中国科学院计算机网络信息中心与大气所联合研发的高性能计算包,并在国产“东方”超级计算系统、国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”上完成。

  

格陵兰未来降水与大气环流变化研究取得重要进展

  北极快速变化及其导致的格陵兰冰盖消融对海平面的影响是全球关注的热点问题。格陵兰冰盖自20世纪90年代以来一直处于物质损失状态,表面物质平衡的变化主导了格陵兰冰盖的物质损失。降水是格陵兰冰盖物质平衡的主要正向贡献者,因此,准确量化当前和预估降水变化对于估算格陵兰冰盖物质平衡变化至关重要。

  区域气候模式和机载雷达观测表明,格陵兰冰盖降水保持相对恒定,在部分内陆地区可能略有增加。未来持续变暖背景下,随之而来的是格陵兰冰盖表面消融和径流的增加,预计将导致持续的物质损失,但未来降水增加的潜在缓解作用仍难以确定。中国气象科学研究院丁明虎研究员课题组近年来针对该问题开展系统研究,厘清了格陵兰区域气候时空变化和未来演变。

  近日,课题组在《npj气候与大气科学》(npj Climate and Atmospheric Science)上发表最新研究结果,利用CMIP5和CMIP6的多模式集合,通过奇异值分解(SVD)和大气活动中心(COA)研究分析,发现在SSP5‐8.5情景下,到本世纪末冰岛低压(IL)有显著地向东北移动,导致未来降水减少的模态从北大西洋延伸到格陵兰东南部边缘,这意味着冰岛低压的位置变化将对未来格陵兰东南部的降水产生显著影响。本项研究有助于进一步改进未来格陵兰冰盖表面物质平衡预估结果。

  CMIP5和CMIP6的多模式集合平均得到的格陵兰预估降水变化特征发现,从低排放到高排放情景,格陵兰降水变化的空间格局保持一致,格陵兰南部增加最大,内陆增加最小。与1951—1980年相比,2071—2100年阶段显示北大西洋降水减少,在CMIP6集合平均中得到了更好的体现。本世纪末北大西洋降水的减少模态在CMIP5或CMIP6集合平均中都没有到达格陵兰冰盖内部,总体平均值显示降水减少从海洋延伸到格陵兰东南部边缘。

  CMIP5和CMIP6集合平均的环流变化模态相似,在格陵兰地区以西部和东部两个正异常,冰岛及其周边地区为中心的负异常为特征,在欧亚地区Z500正异常最大,CMIP5和CMIP6平均分别增加了22gpm和24gpm。

  从39个CMIP6模式在SSP5-8.5情景下冰岛低压和亚速尔高压的位置变化看,两个气压系统表现出显著地向东北移动,导致格陵兰东南部未来降水减少的模态从北大西洋延伸到格陵兰东南部边缘。当冰岛低压位于较远的西部时,来自海洋的东南风向格陵兰东南部及周边地区输送潮湿气流,降水增加;而冰岛低压位于更远的东部时,格陵兰东南部则经历相对干燥的变化。先前的研究也表明,风暴轴的北移对格陵兰东南沿海有降水减少的影响,西南沿海和东部地区的降水增加。

  

2024中国气候研究重大进展发布

  1月15日,2024年度中国气候研究重大进展发布会在江苏南京信息工程大学举行。

  此次发布的10项气候研究重大进展,涵盖气候预测、气候变化影响、气候系统演变等多个领域。具体包括:“梅雨不霉,烟雨不再”、人类活动导致过去百年来全球降水更多变、深时大洋环流和ENSO研究、人工智能全球次季节-季节气候预测系统的研制与应用、地表反照率下降增强气溶胶直接冷却效应、ENSO与非ENSO背景下中纬度北太平洋海温异常对夏季气候的影响、青藏高原陆面水-热-碳耦合过程及其变化的关键机制、发现大西洋-太平洋盐度差异加强趋势、过去二十年全球降水系统形态趋于扁平化、东北亚过渡带年代际极端增温特征及成因。

  当前,气候变化已成为全球面临的重大挑战之一。我国拥有丰富的气候资源和复杂的气候系统,受气候变化影响显著,开展气候研究具有重要战略意义。我国科学家在气候系统和气候变化领域开展了大量创新性的研究工作,取得了诸多成果。这些成果不仅丰富了气候科学的理论体系,还为气候预测、灾害防范和应对气候变化提供了有力技术支撑。

  

赤道大西洋海温季节性变化控制机理及气候模式偏差分析

  大西洋尼诺(Atlantic Niño)是热带大西洋气候系统年际变化的主要模态,能够显著影响周边区域的天气和气候状况。大西洋尼诺表现为赤道大西洋中部和东部海域的海温异常,过去的研究发现其动力学过程与太平洋ENSO相似。然而,大西洋尼诺事件通常在夏季达到成熟阶段,而ENSO事件多在冬季成熟,两者的季节性特征不同。这种季节性差异表明,控制赤道大西洋海温季节性的动力学过程可能与太平洋ENSO不同,因此进一步研究其动力学机制显得尤为必要。

  近期,南京信息工程大学大气科学学院陈汉卿教授针对赤道大西洋海温的季节性变化展开了深入研究,并构建了扩展型充放电振子理论模型。该模型结合了大西洋海气相互作用及太平洋ENSO的遥相关影响,用于诊断和分析赤道大西洋海温季节性变化的控制机理,并揭示气候模式中的偏差。研究表明,充放电振子理论模型能够准确捕捉赤道大西洋海温的季节性特征,并发现这一季节性变化主要由海温增长率的季节性调控所主导。相比之下,赤道大西洋温跃层的作用以及ENSO的遥相关效应对海温季节性变化的影响较为有限。

  尽管大多数气候模式能够模拟出赤道大西洋海温的夏季峰值倾向,但其季节偏好强度明显弱于观测结果。这种偏差主要源于气候模式中海温增长率的年均值较低和年循环振幅较弱。

  本研究从理论模型的角度深入探讨了赤道大西洋海温季节性的动力学过程,并揭示了气候模式模拟中的偏差。这为理解赤道大西洋海温的演变提供了基础,也为改进气候模式的模拟提供了重要依据。相关研究发表在《气候动力学》(Climate Dynamics)期刊。

  

秋季喀拉海海冰对中国东北大范围低温事件的影响机制

  在全球变暖背景下,近20年来中国东北极端低温事件发生频次增加,但关于我国东北冬季大范围极端低温事件的研究关注较少,加强对其影响机制的研究,特别是前期海冰变异对东北低温的超前影响,对短期气候预测有重要的意义。近日,南京信息工程大学大气科学学院韩婷婷副教授分析了过去40年秋季北极海冰对冬季我国东北大范围极端低温事件的影响机制。相关的研究成果发表在《国际气候学杂志》(International Journal of Climatology)期刊上。

  研究发现,前期秋季(10—11月)喀拉海及以北区域海冰与东北冬季大范围极端低温事件密切相关,即秋季此区域海冰减少时冬季我国东北发生大范围极端低温事件增多。当前期秋季海冰减少时,后期冬季海平面气压和位势高度场上环流特征表现为典型的AO负位相模态。喀拉海海冰异常通过AO在地中海上空激发散度风对涡旋的平流作用,即有效的Rossby波源;由此,存在一支Rossby波列在欧亚大陆中纬度地区向东传播至东北亚,通过调制蒙古气旋和东亚西风急流异常进而对东北冬季气温产生影响。此外,喀拉海区域海冰减少引起向大气中释放的湍流热通量增加,导致近地面气温升高以及垂直上升运动异常,通过上传的准静止行星波引起冬季平流层和对流层中极涡强度减弱,有利于后期冬季AO负位相出现。此外,海冰减少也可以通过调节极向的温度梯度,使得对流层高层东亚西风急流强度增强,有利于东北气温偏低。

  

冰川融化让千年松林重见天日

  由于落基山脉高山冰川融化,一片有5900年历史的白皮松林重见天日。

  科学家在美国怀俄明州熊牙高原开展考古调查时发现的这片白皮松林包含30多棵树,位于海拔3100米处,比目前的树线位置高出180米。相关研究近日发表于《美国国家科学院院刊》。

  “这为我们提供了一个了解过去高海拔地区情况的窗口。”美国蒙大拿州立大学的Cathy Whitlock说,现在白皮松不会出现在这个高度,所以研究人员发现的古老白皮松是在气候更暖时生长的。

  为了了解这片古老树林的历史,Whitlock团队分析了树木的年轮,并使用放射性碳定年法对其年龄进行测定。检测结果表明,这些树木生活在距今5950年至5440年。这一时期温度呈稳步下降的趋势。

  南极洲和格陵兰岛等的冰芯数据表明,这一时期的温度下降主要是因为北半球长达几个世纪的火山喷发,在空中产生了足够多的沉积物,导致阳光减少、全球气温降低。环境太冷,导致这些高海拔树木无法生存。这些白皮松树木死亡后在异常环境条件下很快被封存。

  研究团队成员、美国沙漠研究所的Joe McConnell表示,气候模型表明,5100年前,冰岛持续的火山爆发导致气温进一步下降,导致留冰区扩张,倒下的白皮松被冰封,从而在接下来的5000年里免受自然因素影响。而过去几十年气温的不断上涨才使他们重见天日。

  “目前的树线可能会在未来几十年随气温升高而向上移动。”Whitlock说,气候变化导致的气温上升,使得被冰层埋藏了数千年的区域暴露出来。这些在科学上很有趣的发现却点明了一个令人担忧的事实,即气候变化下的高山生态系统十分脆弱。

  事实上,这已不是研究人员第一次在落基山脉流冰区发现这样的古树。Whitlock说,此前他们还发现了“箭和飞镖的木杆碎片”。其中一个碎片的放射性碳定年结果为1万多年前。“这表明,数千年来,人们一直在高海拔环境中狩猎。”Whitlock说。

  

研究模拟与分析1.5℃全球气候承诺对中国土地系统的长期影响 

  北京师范大学高培超团队最新的研究模拟与分析了1.5℃全球气候承诺对中国土地系统的长期影响。相关成果发表在《中国科学:地球科学》。

  全球变暖已成为人类共同面临的问题。2021年,在《联合国气候变化框架公约》第26次缔约方大会上,与会各国达成了气候承诺,作出更积极的贡献,到2100年将全球平均气温上升控制在1.5℃以内。土地系统变化是土地对气候变化的显著响应。作为缔约方之一,中国近年来提出了碳峰值和碳中和目标等气候目标,以支持将全球变暖限制在1.5℃以内的全球承诺,这将深刻影响中国未来的土地系统变化。

  研究以中国为研究区域,生成27种土地系统类型专题的分辨率数据,将全球变化评估模型(GCAM)的各种土地系统类型的输出,整合为四类土地服务需求类别,并将其与改进的CLUMondo模型相结合,模拟了在全球变暖1.5℃情景和不更新减排措施的参考情景下,2100年中国土地系统的变化。

  研究结果表明:(1)GCAM与改进的CLUMondo模型相结合的方法,在模拟中国土地系统变化方面具有较高的验证精度,能够有效地预测中国土地系统变化。

  (2)在全球变暖1.5℃情景下,中国的山、水、森林、农田、湖泊、草原等生态系统质量有所改善。灌丛、湿地和森林面积预计分别增加185%、79%和33%,其中低密度灌丛、高密度湿地和高密度森林面积增长最为显著。

  (3)与参考情景相比,1.5℃气候承诺对未来土地系统的影响更大,湿地和森林面积增长水平分别比参考情景高20%和10%。值得注意的是,耕地、草地和湿地面积的变化在南部和沿海地区更为明显。

  (4)1.5℃情景与参考情景之间最显著的差异是耕地的流失。据估计,到2100年(或更早),现有耕地的35%(截至2020年)将被转换为其他类型,高密度耕地将减少近50%,这将影响粮食安全。农田将主要转化为湿地和森林,以四川盆地、华北平原、东北平原等产粮区为主。

  研究结果强调,探讨1.5℃全球变暖气候承诺对中国土地系统的长期影响,对于提出减缓气候变化风险,和促进中国可持续发展的措施具有重要意义。

  

多机构证实2024年为有记录以来最热的一年

  世界气象组织(WMO)1月10日证实,2024年是有记录以来最热的一年,全球气温比工业化前水平高出1.55℃。

  WMO分析的六个国际数据集显示,其中四个数据集表明2024年全球平均气温上升超过1.5℃。

  WMO表示,《巴黎协定》“尚未失效,但正面临重大威胁”,该协议的长期温控目标是基于几十年的数据,而非单一年份的变化。

  WMO秘书长绍罗指出:“气候历史正展现在我们眼前。我们经历的已不仅仅是一个或两个创纪录的年份,而是整整十年的记录。我们必须认识到,每一分一毫的变暖都是至关重要的。无论气温升高幅度是否低于或超过1.5℃,全球气温的每一次上升都会加剧对我们的生活、经济和地球的影响。”

  此外,欧盟气候监测机构哥白尼气候变化服务局1月10日发布新闻公报说,2024年成为自1850年有相关记录以来最热的年份,多项关键气候指标破纪录。气候学者认为,2024年全球气温上升导致了更多极端天气事件,对人类社会造成灾难性影响。

  专家预测,尽管2025年不太可能成为“最热”年份,但从长远来看,全球平均气温呈上升趋势,极端天气事件的频率和强度将持续加剧,而这背后的主要驱动因素是人类活动引起的气候变化,因此减少全球温室气体排放刻不容缓。

  根据哥白尼气候变化服务局当天发布的公报,2024年全球平均气温达到15.10℃,比上个最热年份2023年高出0.12℃,比工业化前(1850—1900年)的气温水平高出1.6℃。2024年是首个全球平均气温比工业化前水平高出1.5℃以上的年份。

  数据显示,2024年中有11个月全球月平均气温比工业化前水平高出1.5℃以上。2024年7月22日全球日平均气温创下17.16℃的新纪录。

  2024年全球除极地海域外的年平均海洋表面温度达到创纪录的20.87℃,比1991—2020年平均水平高出0.51℃;大气中水汽含量也达到历史新高,比1991—2020年平均水平高出约5%。

  哥白尼气候变化服务局表示,人类活动导致的气候变化是全球地表和海洋表面温度急剧上升的主要驱动因素。该机构监测显示,2024年大气中CO2和CH4浓度均达到创纪录水平,分别为422ppm和1897ppb。此外,厄尔尼诺/南方涛动现象(ENSO)的演变等因素也导致了2024年的温度异常。

  

我国向《联合国气候变化框架公约》秘书处提交两份报告

  为落实《联合国气候变化框架公约》和《巴黎协定》相关决定要求,2024年12月31日,我国如期向公约秘书处提交《中华人民共和国气候变化第一次双年透明度报告》和《中华人民共和国气候变化第四次两年更新报告》。

  两份报告全面反映了我国应对气候变化的相关政策行动及其进展和成效,展现了我国作为负责任大国在应对气候变化全球治理中的积极贡献。

  本次提交的第一次双年透明度报告和第四次两年更新报告,内容包括国家温室气体清单,国家自主贡献进展,减缓政策行动及其减排效果,气候变化影响和适应,资金、技术和能力建设需求及获得的支持等信息,以及香港特别行政区和澳门特别行政区应对气候变化基本信息。

  按照相关要求,本次编制国家温室气体清单全面参考2006年政府间气候变化专门委员会(IPCC)国家温室气体清单编制指南,首次报告了我国2020—2021年国家温室气体清单,并对国家自主贡献基年(2005年)以及历次履约中已提交过的清单结果进行了回算。国家温室气体清单的透明性、准确性、完整性、一致性、可比性和时效性得到进一步提升。

  报告全面阐述了我国2030年国家自主贡献目标实施进展。2021年,我国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降超过50%;全国森林蓄积量比2005年新增64.93亿立方米。截至2023年,我国非化石能源占能源消费总量的比重达17.9%。截至2024年10月,我国风电、太阳能发电总装机容量约12.8亿千瓦。各项目标实施进度符合预期,其中森林蓄积量和风电、太阳能发电总装机容量已提前实现目标。

  报告评估了气候变化对我国自然生态系统和经济社会系统的影响及相关损失损害,分享了我国适应气候变化的政策和经验。此外,报告还梳理了我国获得的支持情况及到2030年应对气候变化的资金、技术和能力建设需求。

  

(《气候变化动态》编辑组)

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