Transcript 第9讲
第9讲 气候预测（二） 气候变化的长期预测 目录 • • • • 全球气候变化预测 气候突变的预测 阈值问题 不确定性问题 全球气候变化的预测 气候模式预测出不同排放情景下的增暖结 果—地球将进入一个更加温暖的时期 6.4℃ 1.1℃ ( IPCC AR4, 2007 ) 图1 在多个温室气体排放情景下，本世纪末全球平均升温幅度大致 为1.1－6.4℃。对于低排放情景（B1），升温为1.1－2.9℃，对于 高排放情景（A1FI），升温为2.4－6.4℃。 (IPCC,AR4,2007) IPCC对气候预测的改进 • FAR（1990）：没有结论。 人为温室效应造成的气 候变化不可能在10年中 被一致的检测出来 • SAR（1995）：各方面的 证据表明人类的影响是 可觉察到的 • TAR（2001）：过去50年 大部分增暖可能（2：3） 是由人类活动造成 • AR4（2007）：大部分增 暖很可能（9：10）由温 室效应造成 图2 我们能预期将来还有多增暖？ 图3 地表温度预估结果 低 排 放 中 等 排 放 高 排 放 图4 目前对变暖 型和其他区域 尺度特征的预 估结果更为可 信，陆地上和 大多数北半球 高纬地区的增 暖最为显著， 而南大洋和北 大西洋的变暖 最弱。 (IPCC,AR4,2007) 图5 IPCC对气候预测的改进 变化的世界：有些地方更多的降水，有些则 降水减少 图6 降水变化预估结果 12－2月 6－8月 自第三次评估报告（2001年）以来，对降水分布预估结 果的认识不断提高。高纬地区的降水量很可能 增多， 而多数副热带大陆地区的降水量可能 减少。 图7 (IPCC,AR4,2007) 预测的高温日数(>30℃)和暴雨频率(>100mm/天) Projected number of hot days (>30℃) and heavy rainfall (>100mm/day) by the 16 high resolution GCM (Hasumi et al., 2004) 图8 气候突变的预测 在未来100年中，全球变暖是否会 导致气候突变，带来灾难性影响？ 图9 北极仙女木花 从格陵兰冰芯中得到的样本，表明该地区曾在 持续变暖的过程中出现过突然变冷的现象。 图图10 海洋环流的变化对全球气候变化的影响 图11 全球温盐环流输送带示意图 已观测到北大西洋北部海水盐分在降低 年 北大西洋东部 盐 度 中 值 丹麦海峡 拉布拉多海 图12 纬向平均的海洋盐度线性趋势 图13 兰色表示盐度减少 IPCC AR4 气候模式可以模拟和预测未来温盐环流变化 IPCC 9个模式模拟的温盐环流变化，预计在未来100 年，温盐环流是不断减弱的（2001年结果） 图14 最新的结果（2007年）表明大西洋温盐环 流（MOC）将很可能 减缓 (IPCC,AR4,2007) 阈值问题 欧盟“2℃目标” 欧盟的一些科学家提出2℃（相对于 1860年）是人类社会可容忍的最高升温， 已在欧盟达成共识。 根据这一目标，2020年温度只能比 1961-1990年平均值升高约0.8℃，所剩的 升温空间已不大 。 温度超过 2℃，全球遭遇沿海洪涝、饥 饿、疟疾、水短缺的人数将大大增加。 饥 饿 、 疟 疾 、 洪 涝 （ 亿 ） 3.5 35 3.0 30 2.5 25 2.0 20 1.5 15 1.0 10 0.5 5 0 0 水 短 缺 （ 亿 ） 图15 (IPCC，AR4，2007) 图16 2℃条件下，CO2浓度稳定水平的概率以及低于2℃出现的可能性 图17 未来不同增温下气候变化影响的可能性，色调越深风险越大 TAR, 2001 Stern, 2007 气候变暖情况下全球GDP的损失估计 图图18 1 7 说明气候变化超过阈值时应对范围改变的示意图。适应可以 建立新的阈值和应对范围。减少对气候变化的脆弱性 （Jones and Meanns, 2005） 图19 为达到增温不超过 2℃的目标，欧盟 认为温室气体浓度应稳定在450ppm以下； 2007年全球CO2浓度为384～390ppm，如 果承诺这一目标，所剩的排放空间十分有 限； 2000年中国排放8.7亿吨碳，美国15.2 亿吨碳。2008年预计中国将排放约16.5亿 吨碳，美国为16.4亿吨。中国将很快超过 美国成为第一排放大国，并且人均排放也 将很快接近国际平均水平，将面对着更大 的减排压力。 不确定性问题 未来气候变化预估不确定性的来源 • 排放情景的不确定性，包括温室气体、气 溶胶及其前体物排放的不确定性 • 排放向浓度转换的不确定性，包括浓度和 辐射强迫计算的不确定性 • 模式的不确定性，包括物理过程参数化， 地球生物化学过程等反馈机制认识上的不 确定性等 图20 从排放到气候变化（响应）对气候模式预测不确定性的贡献 (IPCC,2007) 图21 不同情景下， 温室气体排放大 气浓度、辐射强 迫和温度变化的 演变 (IPCC,2007) 1.排放情景的不确定性 • 温室气体排放量估算的不确定性 温室气体排放量估算方法的主要不确定性 政策对温室气体排放量估算所造成的不确定性 技术进步对温室气体排放量估算所造成的不确定性 新型能源开发对温室气体排放量估算所造成的不确 定性 • 未来温室气体排放清单与排放情景中的不确定性 情景和排放 AR4用的SRES排放情景是由一组集合评估模式对不 同的社会－经济未来演变情景计算得到的。Marker 情景被推荐为气候模式预测的基础，另2个是说明 性情景 Storyline Integrated Assessment Model Status 图22 A1 (A1B) AIM Marker A2 ASF Marker B1 IMAGE Marker B2 MESSAGE Marker A1T MESSAGE Illustrative A1FI MINICAM (A1G) Illustrative RCP备选典型浓度路径 星号代表至少有一个情景，虽然实际上情景可能不止1个。 图23 1 AIM =亚太集合模式，NIES =国家环境研究所，GRAPE =全球保护环境关系； IAE =应用能源研究所，IGSM =集合全球系统模式，MIT = 麻省理工学院，IMAGE = 评估全球环境集合模式；MNP = 荷兰环境评估机构，IPAC =中国集合政策评估模式， ERI =能源资源研究所，MESSAGE = 能源供应战略选项及其一般性环境影响模式， MiniCAM = 微型气候评估模式，PNNL = 太平洋西北国家实验室。 2 这些情景是可得的，但会需要修正以满足典型浓度路径强迫的标准。 图24 排放转化为大气浓度 (IPCC,2007) 2.排放向浓度转换的不确定性 在AR4气候模式中用于计算强迫的碳循环模式 Carbon Cycle General Circulation Model Model ISAM MRI:CGCM2_3_2; NASA:GISS-AOM, GISS-EH, GISS-ER GFDL:CM2 GFDL:CM2_1 BERN-CC BCC:CM1; BCCR:BCM2; CNRM:CM3; INM:CM3; IPSL:CM4; LASG:FGOALS-G1_0; NCAR:CCSM3; NIES:MIROC3_2-HI, MIROC3_2-MED; UKMO:HADCM3, HADGEM1 图25 图26 大气CO2浓度观测值（Mauna Loa，黑线）和6种SRES情景下的预测值每一 情景用了2个碳循环模式：实线：BERN；虚线：ISAM 3、气候模式不确定性 气候模式对外强迫响应 的两个衡量标准： • 平衡气候敏感度 (Equilibrium climate sensitivity) • 瞬时气候响应 (Transient climate response) （参看第3讲中气候敏感性一节） 图27 (IPCC,2007) 对气候模式而言， 无论是简单模式 （如能量平衡模 式），还是复杂模 式（如完善的海气 耦合模式），在考 虑CO2加倍对气候 的影响时，不同模 式模拟出的气候变 化并不相同。这种 气候响应的差异被 认为主要是由于模 式间不同气候敏感 度的结果。 (IPCC,2007) 图28 WV：水汽；C：云；A：反照率；LR：递减率 (IPCC,2007) 4、预估结果的合成 (Sampling uncertainty and estimating probablities) 图29 (IPCC,2001) 在每一过程中，由于模式对地球系统过程和内部气候变率表 征的误差，因此会将不确定性引入到气候变化的真实信号中. •气候系统内部变率的影响可以通过使用不同的初始场运行 模式而部分量化 •对地球系统认识的不确定性可通过多模式集合而部分量化 但是，现有的模式仍然缺乏一些物理过程，而且不同模式在 参数化过程上也可能拥有共同的系统误差。因此，对未来气 候响应的解释仍然有局限性，本身可能就存在不确定 性… … 图31