热带太平洋气候变化信号显现的不确定性来源

作者:钟舒平,应俊 发布日期:2023-03-17 阅读:438

近期,我室硕士研究生钟舒平以第一作者在国际期刊Journal of Climate上发表了题为“Sources of uncertainty in the time of emergence of tropical Pacific climate change signal: role of internal variability”的研究论文。文章通讯作者为我室应俊副研究员,合作者包括英国埃克塞特大学Matthew Collins教授。

全球变暖背景下热带太平洋的气候变化是近几十年来大气和海洋界研究的热点和焦点,而热带太平洋上的人为气候变化信号何时超过其自身的自然变率而显现出来是其中的关键科学问题之一,这不仅是回答当前热带太平洋气候究竟如何响应人类活动所导致的全球变暖这一极具争议的科学问题的关键,也对国家的早期气候预警及制定相应的减缓和应对全球变暖的相关政策具有明确的现实意义。已有的研究利用最新的耦合模式(CMIP6)资料在多模式集合平均的情形下分别估算了全球变暖下热带太平洋年平均海温和降水、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)海温和降水的气候变化信号显示时刻(ToE),然而需要注意的是,各个模式之间对这些ToE的预估结果存在较大的差异,尤其是对ENSO海温和降水的ToE的预估,其模式间的差异甚至可以超过50年。这些差异不仅影响了模式预估结果的可信度,也对早期的气候预警产生很大障碍。因此,亟需揭示导致多模式预估热带太平洋气候变化显现时间的不确定性的来源。

本研究利用RCP8.5排放情景下的三个大集合模式(CESM1-LE、CanESM2-LE、MPI-ESM-LE)以及SSP585排放情景下的29个CMIP6多模式资料,重点研究了内部变率在热带太平洋气候变化信号显示时刻不确定性中的作用。结果表明,在三个大集合模式中,对于年平均海温和降水的气候变化显示时刻而言,内部变率导致的不确定性对总不确定性的贡献均不到一半,因此是模式的差异主导了ToE的不确定性。相比而言,内部变率对年平均降水总不确定性的贡献比对年平均海温总不确定性的贡献更大(图1)。与平均态相反,在ENSO海温和降水的气候变化ToE的总不确定性中,内部变率的贡献起决定性作用(图2)。

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图1 CMIP6多模式的年平均海温(a)和降水(c)的气候变化显示时刻的模式间标准差,以及CESM1大集合的年平均海温(b)和降水(d)的气候变化显示时刻的成员间标准差。绿色方框表示赤道东太平洋区域(2.5°S–2.5°N,180°W–90°W)。图(b)和(d)中的等值线是气候变化显示时刻的成员间标准差和模式间标准差的比值,用百分比来表示(单位:%,间隔为10%)。

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图2  29个CMIP6模式的赤道东太平洋ENSO海温(a)和降水(c)的气候变化显示时刻,以及40个CESM1大集合成员的赤道东太平洋ENSO海温(b)和降水(d)的气候变化显示时刻。缺失的柱条表示该模式或成员在2070–2099年的窗口之前都没有出现气候变化信号。红色误差线表示一倍模式间标准差或成员间标准差。图(b)和(d)中的水平虚线表示CESM1大集合第一个30年时间窗的末年。

上述的研究结果意味着,在现实世界中,如果检测到一个显现的年平均态热带太平洋气候变化信号,则表明这一气候变化信号在很大程度上已经对热带太平洋的年平均态造成了影响。然而,如果检测到一个显现的ENSO气候变化信号,则这个信号很可能是内部变率影响所导致的而不是真正的人为活动所导致的气候变化信号。

本研究得到了国家自然科学基金重大仪器专项、自然资源部第二海洋研究所“青年英才”、南方海洋实验室创新团队建设科研基金等项目的支持。

论文引用:Zhong, S., J. Ying*, and M. Collins, 2023: Sources of uncertainty in the time of emergence of tropical Pacific climate change signal: role of internal variability. Journal of Climate, 36, 2535-2549.


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