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《气候变化动态》2024年第10期信息概览

发布时间:2024-04-15 打印

研究揭示北极降雨日数增多
 
  北极以其寒冷的气温而闻名,这使得降水以雪的形式出现。但随着气温升高,降雪逐渐被降雨所取代。这些变化会影响北极的海冰和整个北半球的天气模式。
  NASA科学家研究了1980—2016年北极和北大西洋的降雨趋势,发现雨天的频率有所增加,且每年雨季的长度变长了。相关成果以“北极降雨日数”(Rainy Days in the Arctic)为题发表在《气候杂志》(Journal of Climate)上。
  北大西洋的变化最为显著,在36年的研究期结束时,那里的降雨量平均每十年比研究期开始时多五天。北冰洋中部及其周边海域平均每十年多下两天雨。这是因为北极地区的气温上升速度是地球其他地区的四倍。
  NASA戈达德飞行中心的冰冻圈科学家、该研究的主要作者Linette Boisvert说,当温度高于冰点时,云层中更有可能含有降雨的液体,而不是降雪的冰。
  当降雨落在被雪覆盖的海冰上时,会使海冰表面变暗,从而加速融化,从而导致更多的变暖——这一过程被称为冰反照率反馈循环。海冰顶部的积雪起到隔热作用,将太阳辐射反射回太空,保持海冰表面凉爽。而雨水会侵蚀雪的缓冲作用。
  Boisvert表示,“如果在阳光充足的月份下雨,雪的表面就会变得更暗,因为与新鲜、干燥和厚实的积雪相比,潮湿的雪面将吸收更多的太阳辐射。”积雪融化后,会在冰面上形成池塘,吸收更多的太阳辐射。这就引发了持续变暖和融化的循环。
  与此同时,水蒸气也驱动着自身的反馈循环。随着温度的升高,大气可以容纳更多的水蒸气。作为一种吸热的温室气体,水蒸气使地球表面变暖,并有助于冰雪融化。融化的冰雪暴露出开阔的海洋,使蒸发得以进行,从而将更多的水蒸气释放到大气中。
  北极的反馈循环也会影响世界其他地区。北极地区热量的变化会影响更南边的天气模式。例如,研究人员指出了美国极端气温的波动,以及北极上空形成并向南移动到北美上空的极地气团。“所有这些都取决于北极正在经历的气候变化的程度。”
  

 

  

  非洲的碳汇能力正在萎缩
  
  非洲是世界第二大洲,目前人口约为14亿,但到2040年将超过20亿。这意味着用于农业的土地面积比以往任何时候都要大,牲畜数量也在不断增加。一项对2010—2019年非洲温室气体预算的最新估算,量化了这些土地利用的变化对非洲在全球碳循环中的作用产生了多大影响。相关研究以“非洲区域温室气体预算(2010—2019年)”(The African Regional Greenhouse Gases Budget(2010–2019))为题发表在《全球生物地球化学循环》(Global Biogeochemical Cycles)期刊上。
  为了进行估算,研究人员遵循了区域碳循环评估和过程(RECCAP2)倡议制定的预算评估协议。他们全面考察了所有主要的潜在碳源,包括农业和化石燃料排放等人为来源,以及白蚁和野火等自然来源。他们还考虑了自然汇:仍然覆盖非洲大陆大部分地区的草原、热带草原和森林。
  研究小组发现,在2010—2019年期间,非洲从轻微的净碳汇转变为轻微的净碳源。他们估计在此期间,非洲每年产生45亿吨CO2当量。如果目前的趋势继续下去,这个数字很可能会增加。
  温室气体增加的关键因素包括化石燃料燃烧、牲畜排放的甲烷、土地转化为农业用途时的土壤碳损失和氧化亚氮的排放。整个地区的自然生态系统继续扮演着碳汇的角色,吸收了人类活动排放到大气中的约三分之一的碳。作者得出结论,改用碳中性燃料可以消除多达30%的人为排放。然而,随着对粮食生产需求的增加,这一进展可能会被持续增加的土地转化为农业所抵消。
  作者指出,收集更多关于非洲的数据并开发针对该大陆的模型对于减少估计的不确定性非常重要。他们还建议重点关注气候智能型农业实践,并进行投资,在应对社会经济挑战的同时保护整个非洲的自然环境。
  

 

  

  研究揭示生态恢复对温室气体排放的影响
  
  生态系统退化导致大量温室气体排放,而退化生态系统通常是温室气体排放源。当前,全球尺度上生态恢复影响温室气体排放的方向、程度和机制尚不清楚。
  中国科学院武汉植物园张克荣团队和张全发团队,收集了全球已有的观测数据,建立了生态恢复对温室气体排放影响的全球数据资料库;发现了生态恢复能有效降低全球增温潜势。研究显示,与对照样地相比,森林、草地和湿地恢复分别降低全球增温潜势327.7%、157.7%和62.0%。森林和草地恢复因土壤理化性质的改变导致CH4吸收增加,而湿地恢复由于水位升高致使CH4排放增加。森林和草地恢复对N2O排放无显著影响,湿地恢复则降低N2O排放。对于造林和再造林样地,生态系统从净CO2“源”转变为“汇”大约需要3~5年;而对于皆伐和火灾后的林地,实现这一转变可能需要6~13年。湿地恢复能够增强CO2净吸收,恢复过程中退化湿地从净CO2“源”转变为“汇”大约需要4年。
  这一成果在全球尺度上揭示了生态恢复对温室气体排放的影响及驱动机制,估算了生态恢复过程中生态系统由“源”转“汇”的时间。相关研究成果发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。
  

 

  

  天朗气清加快全球变暖步伐
  
  2023年被证明是历史上最热的一年,这印证了一些著名气候科学家的警告,即全球变暖的速度正在加快,并已进入一个危险的新阶段。4月3日发表于《通讯:地球与环境》(Communications Earth & Environment)的一项题为“近期气溶胶排放的减少加剧了地球的能量不平衡”(Recent reductions in aerosol emissions have increased Earth’s energy imbalance)的新研究提出了这种加速的一个原因——地球的天空越来越明亮,阳光越来越多。
  这项研究是利用NASA一系列太空仪器推动的。自2001年以来,这些仪器一直在追踪进出地球的能量的微妙平衡。过去10年间,名为“云和地球辐射能系统”(CERES)的仪器探测到地球吸收的太阳能量显著增加,远远超过了温室气体增加所带来的变暖预期。读数显示,地球的反射性减弱了,就好像它最近穿上了一件深色衬衫。
  研究人员表示,其中一个原因是由于发电厂使用洗涤塔和更清洁的燃料,能反射污染的光减少了。他们计算出,2001—2019年,更干净的空气可能占使全球变暖的能量增加的40%。
  污染减少会助长气候变暖,因为污染颗粒或气溶胶不仅能将光反射到太空中,还会增加云中液滴的数量,使它们变得更亮或持续更长时间。论文通讯作者、挪威国际气候研究中心建模师Hodnebrog说,新研究中使用的气候模型将惊人的变暖归因于污染减少。“这让我大开眼界,它的影响是如此之大。”
  通过在4颗卫星上安装6台仪器,CERES测量反射的阳光和红外热量,同时对观测到的场景,包括云层进行成像。为了解释CERES图表上的变化,Hodnebrog和同事多次运行4个气候模型的3个不同版本决定海洋温度,以便这些模型与2001年至2019年的天气模式大致相符。第一个版本让空气污染保持在2000年的水平,第二个版本让温室气体保持在2000年的水平,第三个版本让二者都“进化”到最能模拟现实世界的变化。通过计算这些运行之间的差异,他们大致梳理出CERES测量到的能量吸收增加的原因。
  然而,污染减少可能不是CERES探测到天空更明亮的唯一原因——这一趋势在2015年后开始出现。这些模型无法解释高达40%的额外吸收光,而且CERES的数据显示,两个半球的反射率都在下降,北半球的污染减少幅度最大。这两项观测都表明,其他因素可能会降低地球的反射率,如冰雪融化暴露出较暗的陆地,而变暖会使低空的云消散、显现黑色海洋。风和洋流的变化也可能改变云的行为,使其反射性减弱。
  德国马克斯·普朗克气象研究所气候科学家Bjorn Stevens说,新研究中的模型可能夸大了气溶胶的影响。“如果模型对气溶胶过于敏感,就将引导我们往错误的方向走。”
  美国芝加哥大学气候动力学家Tiffany Shaw表示,这项新研究强调了随着地球持续变暖,气溶胶将发挥的重要作用,以及保持模型更新的必要性。
  (选摘自:2024年4月9日《中国科学报》)
  

 

  

  研究揭示对流层气温对人类活动响应时间的时空差异
 
  中国科学院地球环境所揭示了工业革命以来对流层气温对人类活动响应时间的时空差异,近日该研究成果以“基于CMIP6多模式结果的对流层温度人为变化出现时间的时空特征”(Spatiotemporal characteristics of the time of emergence for anthropogenic tropospheric temperature changes based on the CMIP6 multi-model results)为题在线发表于《环境研究快报》(Environmental Research Letters)上。
  研究利用CMIP6多模式输出的对流层气温资料,系统分析了1850年以来对流层气温对人类活动响应时间的时空差异。结果表明地表气温变化信号并不能直接反映TOE(气候系统内部变率噪声的出现时间节点)的早晚。对流层温度的TOE表现出明显的纬度依赖性,从南极到北极呈“M”型分布,即对人类活动响应的气温信号首先在低纬地区出现,随后在高纬出现,而中纬地区出现最晚。随着海拔高度的增加,热带地区的TOE不断提前,显示了气温变化对高度的依赖性。
  该研究也讨论了一些典型地区气温TOE的变化特征和机制,指出赤道东太平洋地区深受ENSO控制的气候系统内部变率影响,导致其各层气温的TOE比赤道西太平洋暖池区域晚10~20年;虽然中国、美国和欧盟(27国)这三个世界上最大的经济体高碳排放开始时间早晚明显不同,但它们的气温TOE时间相近。
  

 

  

  全球变暖导致的极地融冰增加可能会影响全球计时
  
  《自然》杂志最新发表的一篇论文指出,全球变暖导致的极地融冰增加可能会影响全球计时。格陵兰和南极洲的融冰可能让地球角速度(角度位置随时间变化的速度)减慢的速度比之前更快。为此,协调世界时(UTC)可能比原来晚3年才需要添加一个负“闰秒”。
  世界上有两种常用的时间计量系统:基于地球自转的世界时,基于原子振荡周期的国际原子时。随着时间推移,两个计时系统结果会出现差异,因此有了UTC的概念,当国际原子时与世界时相差达到0.9秒时,UTC就增加或减少1秒,这个修正就被称作“闰秒”。
  许多活动,如网络计算和金融市场,都需要UTC提供统一、标准和精确的时间。由于固体地球的自转速度并不恒定,所以UTC需要调整来保证与地球相对恒星自转速度一致的时间框架。从UTC正式使用以来,所用闰秒都是正闰秒,但未来也可能会出现负闰秒。
  美国加州大学圣迭戈分校研究团队此次使用数学模型,研究了地球角动量的各种变化对全球计时的影响。地核以液体为主,其角速度一直在以恒定速率减慢,这会逐渐增加固体地球的角速度(以维持角动量)。此前研究认为,这种效应导致此前只需要增加几个正闰秒,到2026年则需要一个负闰秒。
  但现在团队发现,卫星引力测得的格陵兰和南极洲冰盖在近年里融化增加,让固体地球角速度的减慢比之前更快了。他们通过外推这种趋势,预测了固体地球的角速度,估计UTC到2029年前都不需要负闰秒。而这会对计算机网络计时造成问题,可能需要比原计划更早修改UTC和地球自转的政策。
  研究人员指出,全球变暖和全球计时的关系已经密不可分,而且未来的关系可能更紧密。
  

 

  

  全球变暖将导致青藏高原北缘暖湿化
  
  日前,兰州大学资源环境学院李育教授团队在《中国科学:地球科学》上发表最新研究结论称,未来全球变暖或将导致青藏高原北缘暖湿化。
  研究发现,中全新世暖期主要受轨道控制的东亚夏季风影响,区域整体表现出温暖湿润的气候特征;中世纪暖期主要受控于太阳辐射,存在暖干的现象;现代暖期和未来百年暖期主要由温室气体增加导致的温度升高控制,气候干旱化趋势显著。青藏高原北缘现代暖期和未来百年暖期的干湿格局与中世纪暖期类似,而持续升温会导致西风带扩张,气候逐渐湿润,未来干湿变化将与中全新世暖期更加相似。
  此外,研究表明,在现代暖期,气候呈现增温趋势。在未来一百年内,随着温室气体浓度增加,温度对区域干湿变化的影响加剧。
  青藏高原北缘是受亚洲夏季风和中纬度西风影响的气候敏感区,是研究气候变化及其机制的典型区域。气候变化具有周期性,历史暖期的干湿变化可作为历史参考,并为预测未来的变化提供依据。该研究根据古环境记录、古气候模拟和现代观测,对比祁连山及周边地区中全新世暖期、中世纪暖期、现代暖期和未来百年暖期的干湿变化,探索该区域气候变化规律,并预测出未来全球变暖情景下青藏高原北缘的干湿变化格局。
  

 

  

  欧洲气候大使/特使代表团访问中国气象局
   
  4月9日,中国气象局副局长毕宝贵在北京会见来访的欧洲气候大使/特使代表团。双方围绕气候变化影响、气候行动、气候安全、气候政策等议题深入交流,就进一步加强国际合作达成共识。
  毕宝贵表示,中国气象局作为中国应对气候变化的基础性、先导性科技支撑部门,同时也是政府间气候变化专门委员会的中国牵头单位,与欧洲气象部门合作基础深厚。中国气象局期待与欧洲气象部门及相关研究机构在气候变化领域进一步深化合作,为实现碳达峰碳中和目标,为人类可持续发展作出积极贡献。
  欧洲气候大使/特使代表团表示,中国气象局是此行的第一站,实地了解了中国气象局在应对气候变化领域所做的工作,包括科学认识气候变化、制定相关政策、推动能源转型、建设完善的早期预警系统、加强面向公众的科普宣传等。未来可探索在新能源开发利用、基于风险的早期预警等领域的合作。
  目前,中国气象局围绕气候变化开展了气候系统综合观测与监测、模式研发、气候变化影响评估、气象灾害风险预警、气候变化决策咨询与服务等一系列工作,并发布了《中国气候变化蓝皮书》《应对气候变化绿皮书》《中国气候公报》《中国温室气体公报》等产品。同时,中国气象局积极传播气候变化与防灾减灾等科普知识,提升公众应对气候变化的能力。
  

 

  

  2023年我国气象领域取得多项重大成就
  
  3月28日,从中国气象局获悉,2023年我国气象科技进展取得重大成就。其中包括:我国全球中期数值天气预报业务能力跨上新台阶;盘古气象大模型;我国首颗主动降水测量卫星成功发射,国内首次实现降水系统三维结构的星载探测;中国科学院地球系统模式CAS-ESM2.0开源发布;青藏高原多圈层地气相互作用立体综合观测研究平台的建立与应用;引领国际探空技术发展,实现北斗探空观测业务准入并推广应用;揭示全球典型气候区极端野火天气的反馈增强新机制;地球系统数值预报耦合器C-Coupler3建成;揭示北极海-冰-气系统次季节变率增强及其极端气候影响;构建综合数字智能系统,预估我国太阳能、风能发电潜力和发展途径。
  上述气象科技进展涵盖数值预报、大模型、气象卫星、探空技术、气候变化、新能源开发利用等气象业务核心和交叉学科多个重要领域。
  

 

  

  欧盟气候政策:欧盟如何监管碳移除
  

 

  欧盟要想在未来有效地从大气中清除大量CO2,不仅要发展技术能力,而且要有一个适当的监管结构。在一项新的研究中,德国波茨坦气候影响研究所(PIK)主任Ottmar Edenhofer领导的研究小组为此提出了一个经济合理的概念。即将建立的欧洲碳中央银行在这一概念中发挥着关键作用。相关成果以“论治理碳移除——一个公共经济学的视角”(On the Governance of Carbon Dioxide Removal – A Public Economics Perspective.)为题发表在《金融档案》(journal FinanzArchiv)杂志上。
  欧盟最近通过了影响深远的决议,旨在迅速减少温室气体排放。与能源和工业部门一样,从2027年起,欧盟还将通过排放权交易,对供热和运输等部门的CO2排放设定上限,以实现气候中和。不可避免的残余排放将主要通过直接或间接地从大气中清除CO2然后加以储存的技术来抵消。Ottmar Edenhofer说:“作为气候保护的第二大支柱,碳移除将在本世纪下半叶耗费大量资金——估计占全球经济产出的0.3%~3%。我们为如何完成这项艰巨的任务提供了一个非常具体的概念。”
  该研究从经济学角度探讨了碳移除问题:正如监管机构为了限制CO2排放的负面影响而提高其排放成本一样,监管机构也应该为清除CO2提供补贴。论文共同作者、PIK研究员Max Franks解释说:“作为成本最小化的基本原则,清除和永久储存1吨CO2的价格应该与向大气中排放1吨CO2的价格相等。一个值得注意的挑战是如何解决非永久性CO2移除问题,因为温室气体需要反复从大气中去除。”
  因此,与具有永久地下储存的空气过滤系统等相比,看似廉价的陆地方案,如植树造林或农田碳封存,可能会变得不那么有吸引力。因此,最初将欧盟补贴与开采的永久性挂钩(“上游定价”)似乎是明智之举。只有当土地部门的CO2排放量也得到全面确定并受制于定价时,才能对开采进行无差别补贴。
  作者认为,要使这种治理取得成功,重要的是在欧盟结构中以透明和稳健的方式确定责任。论文作者之一、墨卡托全球公域与气候变化管理中心研究研究员Artur Runge-Metzger解释说:“四个关键杠杆是净排放量的数量控制、非永久性移除的责任监管、对碳移除扩张和创新的财政支持,以及对供应商的认证。”
  针对前两项任务,研究建议成立一个欧洲碳中央银行,再加上另外两个负责融资和质量控制的机构。作者认为,在当前的欧盟政治架构下,这一提议是非常可行的。
  
  

 

  

(《气候变化动态》编辑组)
附件:

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