气候分析

介绍 大气温度 总水蒸汽柱

介绍

气候为特定位置的平均天气,平均在相当长的时间内,至少10年。当我们谈论气候时,我们经常讨论气象或海洋变量的平均值,例如在一年中给定时间的给定位置的空气温度,降水,湿度,风速或海洋温度。如果气候随着时间的推移而变化,它可以通过改变可以种植的作物,淡水供应或海洋的平均水平来直接影响人类活动。它还可以影响自然生态系统,导致沙漠扩大,野火变得更加普遍,或者永久冻土融化。

在过去的二十年里,人们越来越担心人类产生的温室气体和其他环境污染物对地球气候的影响。这些变化是由气候模型预测的,气候模型也被用来预测未来几个世纪的变化。卫星数据记录开始变得足够长,足以评估几十年的变化。这些变化可以用来检验气候变化的证据,并用来观察气候模型在“预测”已经发生的变化时是否能做得很好。

为了产生足够长的气候变化研究数据记录,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的记录。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水蒸汽的这个过程,并即将发布一个相互校准的风速产品。

相比原位乐动苹果手机乐动体育官方2.0测量,极地轨道卫星的卫星数据记录的主要优势是几乎完全的全球覆盖和同质的数据质量。的原位在远离工业化国家的区域,数据记录相当稀少,这些区域集中在陆地和北半球中纬度地区。例如,在热带太平洋东部发射的气象气球很少,尽管该地区是由于厄尔尼诺-南方涛动周期造成的海表温度变化最大的地区。

下面,我们将讨论使用遥感系统微波数据获得的一些基本气候结果,并讨论我们进行的一些与气候相关的研究。乐动体育下载乐动帐号注册

大气温度

看到上空气温度测量有关如何生产大气温度数据集的详细信息。在这里,我们将此数据集的应用呈现给气候变化分析。(注意:本节于2017年6月30日更新,以包括TLT版本4.0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),TMT.(温度对流层中部)和TTT.(温度全对流层,之后傅和约翰森)。使用这些数据集,我们可以调查在过去35年中对流层温度的显着变化,以及这些变化的空间模式是否与气候模型预测的那些相同。

在过去的十年里,我们一直在与LLNL的Ben Santer(以及其他许多研究人员)合作,将我们的对流层结果与气候模型的预测进行比较。我们的研究结果可以总结如下:

  • 在过去的35年里,对流层明显变暖。全球平均气温以每十年0.18开尔文(每十年0.32华氏度)的平均速度上升。
  • 如果温室气体的人为导致的温室气体增加作为输入模拟模拟,气候模型无法解释这种变暖。
  • 变暖的空间模式与人类诱导的变暖一致。看Santer等人2008,2009,2011年和2012年有关使用MSU / AMSU数据的大气温度的检测和归因的更多信息。

但是…

  • 对流层有不是随着大多数气候模型预测,完全迅速变暖。请注意,此问题已减少2015-2106 EL NINO事件,以及RSS对流层数据集的更新版本。

为了说明最后一个问题,我们展示了下面的几个图。这些图中的每一个都有一个TLT温度异常的时间序列,使用的是1979-2008年的参考时段。在每个图中,粗黑线是最新版本的RSS卫星数据集的结果。黄色波段显示了33个CMIP-5模式模拟结果的5%到95%(19个不同的模式,许多有多个实现),这些模式旨在模拟20世纪的地球气候。在2005年之前的那段时间里,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,使用了对这些强迫的估计。如果这些模型,作为一个整体,在模拟过去方面做了一个可以接受的工作,那么观测结果将大部分位于黄色波段内。

图1所示。全球(70 - 80N)平均TLT异常作为时间的函数绘制。黑线是时间序列RSS V4.0 MSU / AMSU大气温度数据集.黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。请注意,1998年以后,观测值很可能位于模式分布的较低部分,这表明模式预测和卫星观测值之间存在小的差异。(所有时间序列已被平滑,以消除6个月以内时间尺度的可变性。)
图2.热带(30秒至30N)平均绘制的TLT异常作为时间的函数。黑线是时间序列RSS V4.0 MSU/AMSU大气温度数据集黄色波段是CMIP-5气候模拟输出的5%至95%范围。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。同样,在1998年之后,观测值很可能处于模拟值的较低水平,这表明模拟作为一个整体预测的变暖程度比卫星观测到的要高。
为什么存在这种差异?它意味着什么?一种可能的解释是,气候模型所使用的基础物理学存在错误。除了这种可能性之外,至少还有三种其他可能解释变暖速度的差异。作为模式模拟输入的强迫存在误差(包括人为气体和气溶胶、火山气溶胶、太阳输入和臭氧变化造成的强迫)、卫星观测的误差(通过使用不确定性集合部分解决)、以及模拟中的内部气候变化序列,这些序列与现实世界中发生的情况不同。我们称这四种解释为“模型物理错误”、“模型输入错误”、“观测错误”和“不同变率序列”。它们不是相互排斥的。事实上,有确凿的科学证据表明,这四个因素都是造成这种差异的原因,而且其中大部分都可以解释,而无需诉诸模型物理错误。有关所有这些原因的详细讨论,请参阅帖子怀疑科学博客的本桑德和卡尔迈尔斯,以及最近的Santer等人的《自然地球科学》。

平流层温度

自1978年底,由MSU和AMSU仪器自1978年底以来监测了较低平流层的温度。RSS合并较低的平流层温度数据产品称为TLS,或温度较低的平流层。与对流层相比,在此期间缓慢升温,由于CFC引起的平流层臭氧减少,因此较低的平流层已经冷却,并且通过人类活动的良好混合的温室气体增加。这种缓慢的冷却趋势偶尔会被主要的火山喷发引起的平流层气溶胶暂时增加。在下面的剧情中,我们从RSS TLS数据显示全球平均温度异常,以及来自CMIP-5历史模拟的5%至95%的信封。
图4所示。全球(80 - 80N)平均TLS异常作为时间的函数绘制。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。将1979-1984年期间每个时间序列平均值的平均值设置为零,以便更容易看到随时间的变化。值得注意的是,在一些模型中,El Chichón(1983)和Pinatubo(1991)对火山爆发的响应太大了,而且这些模型显示的总体冷却比观测结果要少。

这些模型捕捉到了平流层温度变化的基本特征,尽管有些模型似乎显示出了对火山喷发的过度反应,而似乎也没有显示出整体的降温。

总水蒸汽柱

在海洋上,我们可以使用我们的合并水蒸气产品监测大气中水蒸气总量的分支机尺度变化,来自SSM / I,SSMIS,AMSRE和Windsat的测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机有关此数据集的描述,请参阅大气水汽测量页。由于地球的对流层温暖,它能够“握住”更多的水蒸气,没有蒸汽冷凝成云层然后雨水。假设相对湿度保持恒定,额外的水蒸气量由克劳斯 - 甲素关系控制,并且每度kelvin的温度升高约7%。在图5中,水蒸气的全球增加易于看出,图5中显示了世界上海洋上全球柱水蒸气的全球平均时间序列,从平均水平的百分比变化。
图5。从北纬60度到60度,全球海洋平均总柱蒸汽异常的时间序列。
这种增长可以正式归因于人类引起的气候变化——见Santer等人,2007年.虽然水蒸气存在大幅增加,但它绝不是空间均匀的。图6显示了1988 - 2017年期间的水蒸气趋势地图。
图6. 1988 - 2017年期间柱水蒸气趋势地图。
虽然世界上大部分地区都有不同程度的变湿,但在赤道两边的热带太平洋中部地区,仍有一些地区非常干燥。与水汽趋势的估计误差相比,导致这种模式的水汽趋势,无论是正的还是负的,几乎在统计上都是显著的。
在深热带地区,水蒸气的变化与大气温度的变化非常强烈相关。图7显示了来自不同卫星温度数据集的水蒸气和温度异常的时间序列。数据在20世纪到20N的纬度带中的海洋上平均。
图7.全柱蒸汽异常和温度异常的时间序列,平均在世界上海洋,从20世纪到20N。顶部面板显示时间序列。中间面板显示在1988年1月开始的运行趋势,并在x轴上结束。底板显示了蒸汽趋势与TLT趋势的比率。气候模型表明该比例应为约6.2%/ k。卫星数据集的所有组合都显示出较大的比例,表明测量结果表现出过多的乳脂,或者变暖太少。乐动体育官方2.0乐动苹果手机最新版本的RSS TLT数据集最接近期望。这是Mears和Wentz(2017)中的图13。
在测量和CMIP-3模型输出中的这种相关性将详细讨乐动苹果手机乐动体育官方2.0论Mears等,2007年并重新审视MEARS和WEDZ(2017)

参考

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