气候分析

介绍 大气温度 总柱水汽

介绍

气候是某一特定地点的平均天气,在相当长一段时间内平均,至少10年。当我们谈论气候时,我们通常谈论气象或海洋学变量的平均值,例如在一年中的特定时间的特定地点的气温、降水、湿度、风速或海洋温度。如果气候随时间变化,它可以通过改变可种植的作物、淡水供应或海洋的平均水位直接影响人类活动。它还会影响自然生态系统,导致沙漠扩张,野火肆虐,或永久冻土融化。

在过去的二十年里,一直存在关于人类活动产生的温室气体和其他环境污染物对地球气候的影响日益受到关注。这些变化是由气候模型,也可用于项目更改到下个世纪的预言。卫星数据记录也开始受到足够长的时间来评估多decadel变化。可以检查气候变化的证据。这些变化,并用于查看是否使用时气候模型可以做好的“预测”是有变化已经发生。

为了产生一种数据记录,以足够长时间进行气候变化研究,来自不同卫星的测量数据必须相互校准,然后合并成一个单一记录。乐动体育官方2.0乐动苹果手机我们已经完成了大气温度和总柱水汽的这一过程,并即将发布一个校准间风速产品。

相比原位乐动苹果手机乐动体育官方2.0极轨卫星卫星数据记录的主要优势是全球覆盖近乎完整,数据质量均一。的原位数据记录是从工业化国家,这是集中在陆地和北半球中纬度位于远地区相当稀少。例如,在东部热带太平洋极少展开气象气球,即使这个区域是由于厄尔尼诺现象的变化海面温度 - 南方涛动周期是最大的。

下面,我们讨论了利用遥感系统微波数据中获得一些基本的气候结果,并讨论我们已经进行了一些气候相关的研究。乐动体育下载乐动帐号注册

大气温度

查看高空温度测量有关如何生成大气温度数据集的详细信息。这里,我们展示了该数据集在气候变化分析中的应用。(注:此部分于2017年6月30日更新,以包括TLT 4.0版本的结果)

对流层温度

RSS提供了三套对流层温度数据集,TLT(对流层温度较低),台湾海陆运输公司(对流层中层温度)到达目标时间对流层总温度,后富和约翰森)。利用这些数据集,我们可以研究近35年来对流层温度是否发生了显著变化,以及这些变化的空间格局是否与气候模式预测的相符。

在过去的十年中,我们一直与本·桑特在LLNL合作(连同许多其他研究者)气候模型的预测比较我们的对流层效果。我们的研究结果可以归纳如下:

  • 在过去的35年中,对流层明显变暖了。全球平均气温以每十年0.18开氏度(0.32华氏度)的平均速度上升。
  • 如果不把人为造成的温室气体增加作为模型模拟的输入,气候模型就无法解释这种变暖。
  • 增温的空间格局与人为增温的空间格局一致。看到Santer等人2008年,2009年,2011年和2012年关于利用MSU/AMSU数据检测和归因人为引起的大气温度变化的更多信息。

但是…

  • 在对流层变暖的速度和大多数气候模型预测的一样快。请注意,2015-2106年厄尔尼诺大事件和RSS对流层数据集的更新版本已经减少了这个问题。

为了说明这最后一个问题,我们给出下面的几个图。每个样地都有一个参考时期1979-2008年TLT温度异常的时间序列。在每个图中,粗黑线是RSS卫星数据集最新版本的结果。黄色的条带显示了33个CMIP-5模型模拟结果的5%到95%的包络线(19个不同的模型,许多具有多重实现),这些模型旨在模拟20世纪的地球气候。在2005年之前的时间里,这些模型被迫使用了温室气体、火山气溶胶和太阳输出的历史值。2005年以后,对这些气候营力进行了估计预测。如果整个模型在模拟过去方面做得还可以接受,那么观测结果将主要位于黄色的范围内。

图1所示。全球(70 ~ 80N)平均TLT异常,绘制成随时间的函数。黑线是。的时间序列RSS V4.0 MSU / AMSU atmosperhic温度数据集。黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。从1979-1984年的每个时间序列平均值的平均值被设置为零,这样就可以更容易地看到时间的变化。需要注意的是1998年以后,观察可能是模型中分布的下部,表明有模型预测和satelllite观测值之间存在细微的差异。(所有时间序列已经被平滑,以时间尺度较短删除variabilty超过6个月。)
图2所示。热带(30 - 30北纬)平均TLT异常随时间的变化。黑线是。的时间序列RSS V4.0 MSU / AMSU atmosperhic温度数据集黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。从1979-1984年的每个时间序列平均值的平均值被设置为零,这样就可以更容易地看到时间的变化。再一次,1998年以后,观测结果很可能处于模拟值的低端,这表明模拟结果总体上比卫星观测到的变暖更严重。
为什么会出现这种差异存在,什么意思呢?一个可能的解释是由气候模型中使用的基础物理学的错误。除了这种可能性,也有对加热速度的差异至少三个其他的合理解释。有在用作输入到模型的模拟(这些包括在臭氧由于人为气体和气溶胶,火山气溶胶,太阳能输入强迫,和变更)的强迫误差,在卫星观测误差(部分地由使用的不确定性的寻址合奏),并在从所发生的事情在现实世界的区别模拟内部气候变化的序列。我们称这四种解释“模式物理过程的错误”,“模型的输入错误”,“观测误差”和“不同的变异序列”。他们不是相互排斥的。事实上,有确凿的科学证据表明,这四项因素导致的差异,而且大部分可以在不诉诸模式物理误差来解释。出于所有这些原因的详细讨论,请参阅岗位怀疑的科学博客的本·桑特和卡尔·米尔斯,以及最近《自然地球科学》,作者Santer等。

平流层温度

自1978年底以来,MSU和AMSU仪器一直在监测平流层下部的温度。RSS合并的平流层下层温度数据产品称为TLS,或平流层下层温度数据。与在此期间缓慢升温的对流层不同,平流层低层一直在变冷,这是由于氯氟化碳导致平流层臭氧减少,以及人类活动导致混合良好的温室气体增多。这种缓慢冷却的趋势偶尔会被大型火山爆发所造成的平流层气溶胶暂时增加所打断。在下面的图表中,我们展示了来自RSS TLS数据的全球平均温度异常,以及来自CMIP-5历史模拟的5%至95%包络线。
图4所示。全球(80 - 80N)平均TLS异常绘制为时间的函数。粗黑线是RSS V3.3 MSU/AMSU温度观测到的时间序列。黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。从1979-1984年的每个时间序列平均值的平均值被设置为零,这样就可以更容易地看到时间的变化。值得注意的是,El Chichon(1983)和Pinatubo(1991)火山爆发的响应在一些模型中太大了,而且模型往往显示出比观测更少的整体降温。

在平流层温度变化的基本特征是由模型捕获,虽然有些车型似乎表明火山喷发太多反应,似乎也显示太少的整体散热。

总柱水汽

在海洋上空,我们可以使用我们的合并水蒸汽产品来监测大气中水蒸汽总量的年尺度变化,该产品来自SSM/I、SSMIS、AMSRE和WindSat的测量结果。乐动体育官方2.0乐动苹果手机有关此数据集的说明,请参见水汽测量页面。随着地球对流层变暖,它能够“保留”更多的水蒸气,而不会使水蒸气凝结成云然后下雨。假设相对湿度保持不变,额外的水蒸气数量受克劳修斯-克拉珀龙关系控制,温度每升高1度开尔文,水蒸气会增加约7%。从图5中可以很容易地看出全球水蒸气的增加,图中显示了全球海洋上空总水蒸气柱的平均时间序列,以与平均值的百分比变化表示。
图5.时间序列共列蒸汽的反常现象,平均在世界各大洋,从60S至60N。
这种增长可以正式归因于人为导致的气候变化桑特等人,2007年。虽然水汽在总体上有一个相当大的增加,但这决不是在空间上均匀的。图6显示了1988-2017年期间的水汽趋势图。
图6。1988-2017年期间水蒸汽柱趋势图。
虽然备受世界展示润燥不同程度地存在于赤道两侧的热带太平洋中部非常可观干燥的地区。在水蒸汽的趋势,或正或负,导致这种图案几乎所有统计学显著相比,在水蒸汽的趋势的估计误差。
在热带深处,水蒸气的变化与大气温度的变化有很强的相关性。图7显示了来自不同卫星温度数据集的水汽和温度异常的时间序列。这些数据是在纬度范围从20度到20度的各大洋上取平均的。
图7。20 ~ 20N全球各大洋平均总柱水汽异常和温度异常的时间序列。顶部面板显示的是时间序列。中间的面板显示了运行趋势,从1988年1月开始,在x轴上结束。底部面板显示了蒸汽趋势与TLT趋势的比率。气候模型显示,这个比率应该在6.2%/K左右。所有卫星数据的组合都显示出较大的比例,这表明要么观测结果显示湿度过高,要么显示温度过低。乐动体育官方2.0乐动苹果手机RSS TLT数据集的最新版本最接近预期。这是Mears和Wentz(2017)中的图13。
这种相关性在测量和CMIP-3模型输出中都有详细的乐动苹果手机乐动体育官方2.0讨论米尔斯等人,2007年和重新审视米尔斯和温茨(2017)

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