如果气候变暖能够迅速逆转，超过1.5℃ 临界风险可降至最低
当前气候政策意味着，即使气温在经过一段时间的气候过冲后恢复到全球变暖1.5℃以下的水平，地球系统关键要素到达临界点的风险也很高。发表在《自然·通讯》上的一项新研究表明，如果气候变暖趋势能够迅速逆转，这种风险可以降到最低。德国波茨坦气候影响研究所（PIK）、国际应用系统分析研究所（IIASA）和其他研究所的研究人员写道，这就是为什么在当前十年减少排放对稳定地球系统至关重要。研究分析了四个相互关联的核心气候要素的临界风险：格陵兰冰盖、南极西部冰盖、大西洋经向翻转环流（AMOC）和亚马孙雨林。
人为造成的气候变化可能导致地球系统大尺度组成部分（如冰盖或海洋环流模式，即所谓的“临界要素”）的不稳定。虽然这些组成部分不会在一夜之间发生变化，但基本过程会在几十年、几百年或几千年的时间里展开。研究人员认为，这些变化的性质非常严重，应该不惜一切代价加以避免。在新研究中，他们评估了至少一个临界要素因变暖超过1.5℃而不稳定的风险。分析表明，遵守《巴黎协定》温升目标对地球至关重要。研究进一步强调了当前的气候行动对未来几百年甚至几千年的影响。
IIASA和PIK科学家、研究共同第一作者Tessa Möller表示，“虽然到2300年或更久以后的时间尺度似乎还很遥远，但重要的是要尽我们所能绘制出临界风险图。结果表明，为了在未来数百年及以后限制这些风险，实现和保持净零排放非常重要。计算显示，按照目前的政策，到本世纪末，四种因素中至少有一种的临界风险将达到45%。”
研究共同负责人、PIK的Annika Ernest Högner说，“研究发现，如果全球变暖超过1.5℃，每高0.1℃，临界风险就会增加。而变暖超过2℃，临界风险将以更快的速度增加。这是非常令人担忧的，因为按照目前实施的气候政策，估计到本世纪末全球变暖将达到2.6℃左右。”
PIK的研究者Nico Wunderling说，“研究证实，如果迅速扭转气候变暖，就可以将气候过冲响应的临界风险降至最低。全球变暖的这种逆转只有到2100年温室气体排放至少达到净零排放才能实现。研究结果强调了《巴黎协定》气候目标的重要性，即即使在暂时超过1.5℃的情况下，也要将变暖限制在远低于2℃的范围内。”
PIK主任Johan Rockström总结道，“对临界点风险的分析进一步证实了风险被低估的结论，现在需要认识到，《巴黎协定》中具有法律约束力的目标是将全球变暖控制在‘远低于2℃’，实际上意味着将全球变暖限制在1.5℃。由于减排力度不够，温度超过这一极限的风险越来越大，我们需要不惜一切代价将其降至最低，以减少对世界各地的严重影响。”
大气河塑造了北极夏季的水汽长期变化
过去几十年北极在快速变暖（北极放大）的同时也在显著变湿，即存在暖湿化趋势。除了水汽本身是温室气体外，大气中增加的水汽会促进云量和云水含量的形成，不仅会改变与云量相关的辐射过程，也会通过降水和辐射变化影响北极的冰冻圈和水循环，加剧北极变暖。
大气河作为一种瞬变、狭长的天气尺度强水汽输送带，能贡献绝大部分的极向水汽输送。除了中纬度大气河的发生频率较高外，也能往极区输送暖湿空气，不仅容易诱发极端降水，也能造成大范围的冰川融化。然而，在北极变湿最显著的夏季，还不清楚大气河对水汽长期变化的贡献及其驱动大气河变化的主要因子。
近日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“大气河在形成北极湿度长期变化中的作用”（Role of atmospheric rivers in shaping long term Arctic moisture variability）的最新成果。通过观测分析发现，大气河及其相关的变量，如比湿、环流和气温等的长期趋势在空间上的分布基本一致，说明可能由相同的物理机制调节。然而，大气河引起的北极夏季水汽长期变化，无法完全用模式集合平均的响应，即人类活动强迫来解释。通过Nudging（松弛逼近方法）了风场趋势的耦合模式试验和基于指纹法的大样本模式结果分析发现，北极区域的低频大尺度大气环流，对大气河活动的调节起到了决定性作用。
分离出由大气河引起的水汽变化后发现，自1979年以来，大气河贡献了超过36%的北极夏季水汽增加趋势，特别是在格陵兰西侧、欧洲北部和东西伯利亚等大气河活动增加显著的区域，贡献甚至超过了一半。这说明，由天气尺度系统驱动的大气河，通常被视为是一种随机的极端大气活动现象，但在调节北极水汽变化的过程中扮演着重要角色，塑造了北极夏季水汽的长期变化。
人类活动或致对流层上部臭氧增加
近日发表于美国《环境科学与技术》期刊的论文中，包括麻省理工学院在内的研究团队报告称，对流层上部不断增加的O3很大程度上或归因于人类活动。
在大气平流层中，O3能保护地球免受太阳强烈紫外线的伤害。但在离地面较近的地方，O3是一种有害的空气污染物，能引发胸痛、呼吸困难和肺功能受损等慢性健康问题。而在两者之间，即对流层上部，O3作为一种强效温室气体，加剧了地球变暖。
了解O3的成因和影响是一项艰巨的任务。O3并非直接排放，而是由“前体物”，如氮氧化物和挥发性有机化合物等起始成分在阳光作用下反应生成。这些前体物主要来自汽车尾气、发电厂、化学溶剂、飞机排放和其他人类活动。
O3是否会在大气中停留以及停留多长时间，取决于一系列变量，包括特定区域内人类活动的类型和程度，以及自然气候条件。例如，厄尔尼诺现象强烈的年份可能会推动大气环流，从而影响O3浓度。
此次，研究团队通过分析从2005年开始的17年卫星记录，检测到对流层上部O3趋势影响的明显信号。研究人员表示，北半球中纬度地区对流层上部O3呈现明显的上升趋势，这主要是由于人类活动而非气候干扰所致。
两极冰盖不对称演化对全球气候影响被严重低估
全球变暖背景下，地球北半球冰盖和北极海冰加速消融，而南极冰冻圈消融幅度相对较小，仅在近年出现较大幅度消融。这种不对称的冰盖演化如何影响全球气候备受关注。
由中国科学家领衔完成的最新研究指出，两极冰盖不对称演化对包括全球温度和海平面变化在内的全球气候影响被严重低估。
中国科学院地球环境所黄土科学全国重点实验室（筹）安芷生院士等联合中外科学家，在《科学》以“南极冰盖生长触发中更新世气候转型”为题发表研究论文，向学界争论几十年的有关这一气候转型的多种假说提出挑战。
这项中外合作研究将观测记录与数值模拟相结合，揭示出南北两半球冰盖不对称演化的历史及地球气候系统响应的过程，发现200万～125万年前南极冰盖和相关的海冰持续扩张，通过改变跨赤道气压梯度和大洋经向环流，触发北半球温度降低、水汽含量增加，为距今125万年发生北极冰盖增长提供有利条件，并最终触发地球气候的冰期旋回从4万年向10万年重大转型。
此次研究揭示了南极冰盖生长和相关的海冰扩张在触发中更新世气候转型中的关键作用，为深入理解中更新世以来北半球冰盖的快速扩张提供重要视角，也为人们理解《科学》提出125个前沿科学问题之一的“大冰期发生原因”作出重大贡献。
该研究成果让人们意识到在全球变暖的背景下，定量评估南北两半球冰盖的不对称融化与全球气候变化之间联系的紧迫性，从而提高预测未来气候变化以及地球系统对极地冰盖变化响应的能力。
安芷生院士表示，两极冰盖不对称演化影响研究，尤其阐明了地球系统过程如何定义和改变冰期-间冰期旋回的特征和动力学，为中国科学家在解决全球前沿科学问题中发挥主导作用提供了范例。
太阳辐射量影响地球长期气候变化
在探索百万年级别的长期气候变化时，人们常常忽略地球入射太阳辐射量的变化，为验证太阳辐射量与长期气候变化的潜在关系，中国科学院地球环境所金章东研究员课题组联合国内多个专家，聚焦第四纪的长期降温趋势，从能量守恒的角度入手，结合古海学记录和模式模拟开展研究。研究验证了太阳辐射的持续微小变化可能通过海洋热含量的累积效应，驱动第四纪的长期降温趋势。近日该研究成果发表在《全球和行星变化》（Global and Planetary Changes）。
为了量化入射太阳辐射对气候的长期影响，该研究引入了一个新的指数——年平均太阳辐射量距平积分（IAMIA），它反映了在特定时间段内，年平均太阳辐射量（AMI）与其“正常”周期之间的累积偏移量。研究发现，IAMIA在935 ka（千年）发生了根本性转变，指示了太阳辐射量从之前的持续正异常转变为之后的持续负异常，这一转折与SST记录中观察到的“900-ka冷事件”相吻合。此外，2000-935 ka的IAMIA持续减小，与同期全球SST的降低一致。
基于斯特藩-玻尔兹曼定律的理论计算以及模式模拟结果，研究验证了太阳辐射为两半球冰盖在第四纪快速生长提供了先决条件，也为中更新世气候转型（MPT）的发生提供了有利条件。
干涸盐湖是被低估的温室气体来源
日前发表在《一个地球》上的一项新研究说，干涸的盐湖是一个被忽视的、潜在的温室气体重要来源。
盐湖干涸现象十分普遍，通常是由农业、工业和市政用途取水等原因造成，但其对温室气体排放的影响尚不清楚。来自德国莱布尼茨淡水生态学与内陆渔业研究所、加拿大皇家安大略博物馆等机构的研究人员，在2020年4—11月期间测量了美国犹他州大盐湖裸露沉积物中的CO2和CH4排放量。
根据采样推算结果，2020年大盐湖湖床向大气排放了约410万吨温室气体，其中94%为CO2，这导致犹他州当年温室气体排放量增加了约7%。研究人员还通过对湖泊近岸温室气体排放进行测量，并对收集的相关数据分析后确认，盐湖在干涸之前几乎不释放温室气体，干涸的盐湖湖床是温室气体增加的来源。
参与该研究的莱布尼茨淡水生态学与内陆渔业研究所研究员托比亚斯·戈尔德哈默说：“当盐湖蒸发量增加时，盐的浓度就会上升，这会改变CO2等气体的溶解平衡，因为CO2更难溶解在含盐量高的水中。尤其令人吃惊的是，即使在已经干涸了很长时间的采样点，CO2的释放量仍然很大。”
研究人员强调，气候变化使干旱地区更加干旱，而河流和湖泊的干涸反过来又加剧了气候变化，这就形成了一个恶性循环。今后在规划气候变化减缓措施和管理水资源时，应考虑湖泊干涸这一因素。
气候变化正改变加州农业，但有适应办法
美国加州农业面临着气候变化带来的挑战，未来几十年气温将不断升高，干旱日益加剧，与供水密不可分的山脉积雪也不稳定。但加州大学的最新研究指出，仍有很多方法可以减缓这些变化。相关成果以“培养加州农业的气候适应能力：适应未来日益不稳定的水资源”（Cultivating climate resilience in California agriculture: Adaptations to an increasingly volatile water future）为题发表在《美国国家科学院院刊》。
研究人员指出，“气候变化对加州农业生产力和盈利能力的影响正在增加，预示着标准农业实践将面临问题。面对竞争利益之间的明显冲突，研究考虑了当前和潜在的可持续公平解决方案，特别关注技术和政策如何促进进步。”
虽然加州的土壤是地球上最肥沃的土壤之一，但该州的大部分地区一年中有六个月没有降雨。在20世纪初，灌溉基础设施和抽水泵的出现使得种植耗水量大的夏季作物成为可能。
研究人员确定了三个关键的行动领域，以帮助减少加州农业对气候变化的脆弱性：水需求、水供应和管理用水的机构。
在需求方面，供水方式和时间会对用水量产生重大影响。论文指出，“提高灌溉效率、必要时的休耕和改变作物组合可能会减少农业的总体用水需求。”研究人员发现，在过去40年，加州农业用水量减少了近15%，而农业总收入却增加了近40%。
在供应方面，研究人员列出的方案包括更好地收集和利用洪水、保持土壤健康以及有效监测和应对极端天气事件。此外，地下水补给、水循环和再利用以及海水淡化也为加强供应提供了机会。另一个方案是与拥有更多水资源的地区进行水交易，这有助于重新分配水资源供应，降低临时和长期短缺的成本。
机构在提供数据、信息和研究方面发挥着至关重要的作用。研究人员表示：“对与水有关的数据和信息平台的投资有可能通过帮助实体做出更明智的决策来获得巨大回报。通过缩小关键的信息差距，各机构可以改善农业、生态系统和代表性不足的社区的前景，因为他们将来要面对的是更不可靠且可能更低的总体供水分配。”
研究人员发现，大学、私营企业和政府进行的研究和开发节省了资源，改善了环境。他们主张制定一个连贯的研究议程，以便更好地将气候预测、病虫害预测、土壤生态系统、新基因型和系统设计纳入农业管理。
研究人员表示，“尽管气候变化带来了一个更加可变和不确定的未来，但它也为调整农业景观以更好地管理环境提供了机会。迫切需要采取大胆的措施，因为水资源的可用性已经超过了极限，而应对这些挑战的适应途径需要比目前趋势更快的干预措施。减少压力暴露、减少脆弱性、增强抗压能力和恢复能力的方法，对加州应对气候变化挑战非常重要。”
人类活动导致过去百年来全球降水变率增强
7月26日，中国科学院大气物理所张文霞副研究员、周天军研究员等与英国气象局学者合作，以“人类活动导致过去百年来全球降水变率增强”为题在《科学》发表文章，指出过去百年来，全球陆地降水变率已经在显著增强，并可归因于人为温室气体排放的作用。
该研究利用国际上所有可公开获取的逐日降水观测资料，通过严格筛选和系统分析，揭示了1900年以来，在观测资料充足的地区，全球约75%的陆地上降水变率已增强，其中尤以欧洲、澳大利亚和北美东部最为显著。降水变率的增强涵盖了多个时间尺度，包括天气尺度、月尺度和季节内尺度。就全球平均而言，逐日降水变率正在以1.2%/10年的速率增强。
为理解上述现象背后的物理原因，研究团队基于一个两层约化水汽收支动力诊断模型和最优指纹检测归因法，研究发现降水变率的增强可归因于人为温室气体排放，由热力作用主导。温室气体增温引起大气水汽含量增加，有利于降水异常幅度增大、变率增强。同时，大气环流的变化也在年代际尺度上影响降水变率，这种动力作用存在明显的区域特征。
“此前我们仅在气候预估研究中发现降水变率未来将随增温而增强，这里我们基于历史观测资料，发现随着人为气候增暖的累积，降水变率在过去百年来已经增强。综合观测分析、物理过程诊断和检测归因，这项研究为认识全球变暖对降水的影响提供了新认识，为深化多尺度水循环变化机制研究提供了新证据，”张文霞副研究员说，“需要注意的是，关于人为气候增暖增强降水变率的信度目前主要在欧洲、北美东部和澳大利亚这几个区域。在更小的空间尺度上，由于气候内部变率影响更大，归因信度会下降。同时，全球仍有许多地区由于观测资料不足目前尚无法给出可靠结论，这些区域需要加强气候监测。”
“气候变化研究传统上主要关注平均态和极端事件的变化，关注全球变暖对气候变率的影响是一个新视角。伴随降水多变性的增强，类似今年河南的‘6月抗旱7月抗洪’这种旱涝急转现象在全球许多地区将更频繁、更剧烈。极端气候事件之间的剧烈和快速转换印证了极端事件的复合性这一新特征。降水变率增强将对农业生产、水资源管理、生态系统保护和社会经济产生深远影响，也对防灾减灾和应对气候变化提出了新的挑战，”该文通讯作者周天军研究员强调。由降水变率增强带来的一系列影响已经凸现，社会各界对此需要高度重视，并采取切实有效的措施来减缓其不利影响。
（《气候变化动态》编辑组）
