气候变化中关键科学问题的释疑二

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1、第16讲气候变化中关键科学问题的释疑（二）目录气候模式的预测是否可靠？Charney的气候敏感性及以后的争议气候突变有可能发生吗云的作用－长期争论的一个科学问题温室气体排放一定会引起温室气体大气浓度和气温增加吗？盖亚理论（J.Lovelock）及其争议气候模式的预测是否可靠？气候模式的发展之所以受到很大的重视，主要在于它对未来的气候条件能够提供有物理依据、比较可信的客观、定量的预测结果，尤其是对大尺度气候异常和变化的预测可信度较高。气候模式的信度来自三个原因一是构建气候模式的基础是一套描述地球系统特征的

2、物理或定律和数学方程组，它们在物理学和数学或计算数学领域中是完全被证明和公认的。第二个原因来自于它模拟或复制现代气候的能力。通过与大气、海洋、冰冻圈和陆面观测资料的大量比较和评估表明，气候模式在模拟许多重要的平均气候特征与不同时间尺度分布型和变率两个方面都显示出显著的和不断改进的技巧和成功（图1和图2）。第三个原因是能够重现或复制过去气候（古气候）和气候变化的特征。图120世纪全球平均的近地面气温模拟和观测（黑线）之比较。模拟由14个气候模式得到，考虑自然和人类活动因子的共同影响。温度距平是相对于190

3、1-1950年的平均值（IPCC,2007）图2全球平均的百年近地面气温曲线（黑线）和14个气候模式模拟的平均曲线（红色）。垂直灰色线是主要火山爆发时间（IPCC，2007）气候预测是涉及耦合的非线性混沌系统，因而未来气候态准确的长期积分是不可能的。即使有外强迫，但他们具有明显变化的影响，由于有些是地球以外的过程，十分不了解，也不可能控制。因而气候模式不可能很合理和准确的表征他们的作用，这导致：模式的气候敏感性范围超过Charney的1.5～4.5℃范围，有的高达11℃，有的小于1.5℃，不确定性很大。

4、因而模拟和预测结果会有很大的不确定性。模式未考虑太阳的变暗和变亮模式未准确地表征和模拟云的作用模式未能模拟水汽的负反馈作用模式未解释观测气候的许多特征模式未能作出可靠的区域气候变化预测因而，有人认为IPCC用的气候模式未能描述混沌的，无限期的气候系统。他们不能做出可能的预报。因而不应用于政府政策的制定。Charney的气候敏感性和气候平衡态争议至今大部分气候敏感性研究是针对平衡的气候敏感性。它指相当温室气体大气浓度加倍后年平均全球地表温度的平衡变化。平衡气候敏感性的可能范围在第三次评估报告中（TAR）

5、估算为1.5-4.5℃.这个数值范围与美国国家研究委员会早期报告中的范围（1979）即Charney敏感性是相同的，也与IPCC第一，二次报告中的范围相同。自TAR后用了新方法建立敏感性与某些可观测量之间的关系（或直接或通过模式），并且估算与观测相一致的气候敏感性范围或概率密度函数（PDF）。这些方法主要有两种：由过去不同时间尺度气候变化的约束条件和由模式集成得到的气候敏感性结果的散布状况估算气候敏感性。第一种方法用过去1000年地面温度，高空温度，海洋温度，辐射强迫计算，卫星资料，代用资料的历史瞬变或

6、其中之子资料集去计算敏感性范围（图3）。大部分结果肯定:气候敏感性非常不可能小于1.5℃。如果考虑观测的历史趋势中的所有主要的已知不确定性，不可能排除气候敏感性超过4.5℃的可能性，虽然这种高值比起2.0℃-3.5℃值而言，更不可能出现。两个最近的研究是用末次冰盛期（LGM）气候敏感性与热带SSTs的模拟关系与LGM的代用资料估算了气候敏感性。所得结果由于模式中所用强迫不同，LGMSSTs与敏感性关系不同，而有明显差异。但发现与约3℃的敏感性有最好的一致性。在1.5-4.5℃范围内有合理的一致。但他们不

7、能排除大于4.5℃的敏感性。第二种方法是分析GCM中的气候敏感性。在这些模式中，气候敏感性不是单一的可调参数，而是取决于许多过程和反馈。Murphy等（2004，非加权的）对29个参数进行取样，并假设个别的作用可线性迭加。最常出现的气候敏感性值是按3℃左右分组的。但这可能反映了非扰动模式的敏感性。对于许多方法其共同点是不能排除非常高的敏感值，这是由于对于十分清楚的物理原因，大部分能够观测的量当敏感性增加时，其变化率（对敏感性）趋于零（图4）。AR4AOGCM（耦合非动力平板海洋模式）平均的气候敏感性值是

8、：在5%-95%范围内为2.1-4.4℃，平均值约3.3℃（对数分布是2.2℃-4.6℃，中值是3.2℃）。从TAR之后大尺度气候的模拟及对气候反馈和平衡气候敏感性诊断与认识有相当的进展，因而对水汽递减率反馈的信度增加。但云的反馈（尤其是低云）被确认为是气候敏感性差异的主要来源。通过各种方法对平衡气候敏感性的估算可总结如下：CO2倍增下全球平均增暖或平衡气候敏感性处于2-4.5℃范围，最可能的值是3℃左右；平衡气候敏感性非常可能大于1.5℃