信风减弱,自然气候过程掩盖了最近人类引起的步行环流趋势

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自然气候过程掩盖了最近人类引起的步行环流趋势

在太阳辐射增加期间,信风减弱,热带太平洋的Walker环流向东移动

本周发表在《自然气候变化》(Nature Climate
Change)杂志上的一项新研究表明,最近赤道太平洋风系统(称为Walker环流)的加强与人类的影响无关,可以用自然过程来解释。这一结果结束了关于前所未有的大气趋势的驱动因素的长期争论,这种趋势导致了西热带太平洋海平面上升速度加快了三倍,并导致了全球变暖的中断。

来自英国、丹麦和德国的一个国际研究小组发现了强有力的证据,证明热带太平洋地区存在11年的太阳黑子周期。他们分析了压力、表面风和降水的历史时间序列,特别关注Walker环流——热带太平洋地区影响热带降雨模式的一个巨大的大气流动系统。他们发现,在太阳辐射增加的时期,信风减弱,Walker环流向东移动。

受赤道太平洋东西向海面温差的驱动,Walker环流是全球大气环流的主要特征之一。它的特征是西太平洋的上升运动和东赤道太平洋的下降运动。在海面信风从东向西吹,导致沿赤道的冷水上涌。从上世纪90年代初到2013年左右,这种环流急剧加剧,冷却了东赤道太平洋,引发了全球风和降雨的变化。这些条件进一步加剧了加州的干旱,加剧了特大干旱,影响了农业、水资源和野火。鉴于这些对生态系统和社会的广泛影响,最近的Walker环流趋势已成为人们研究的热点。

牛津大学博士后研究员Stergios
Misios说:“我们在热带太平洋的观测记录非常短,我们必须非常小心地过滤掉其他年际波动。在对过去60年的数据进行仔细处理后,我们发现,在与太阳活动周期极大值相关的年份里,沃克电池的速度明显放缓。”分析表明,随着风异常的变化,热带降水的主导模式在太阳活动周期极大期向太平洋中部移动。结果,印度尼西亚和西太平洋的降雨量减少,太平洋中部的降雨量增加。

与观测到的增强相反,大多数气候计算机模型模拟了在温室气体浓度增加的强迫下,Walker环流的逐渐减弱。“气候模型预测之间的差异和观察到的趋势导致猜测目前的气候模型的保真度和热带气候的表征过程,“Eui-Seok
Chung说。

太阳对气候影响的问题是一个长期而有争议的问题,因为有许多说法在大多数情况下都没有经过适当的统计审查。但除了统计验证之外,还有一个更具挑战性的问题:入射太阳辐射的微小变化如何能产生显着的气候特征?

澳门新葡8455最新网站,为了确定观测到的热带大气环流变化是自然气候过程造成的,还是人为引起的气候变化造成的,来自韩国、美国和德国的科学家们聚在一起,对迄今为止最新的大气趋势进行了最全面的大数据分析之一。“使用卫星数据,改善表面的观察和大量的气候模型模拟,结果表明,自然的变化,而不是人为的影响,负责最近的沃克环流加强,”阿克塞尔Timmermann教授说。

“很快,我们意识到,我们在观测中发现的风的异常程度,不能仅仅用辐射因素来解释。我们认为,如果它来自太阳,那么一定有另一种机制放大了Walker环流的减弱,”牛津大学的Lesley
Gray教授说。在全球气候模型的帮助下,在热带太平洋大气与海洋环流的动力耦合中发现了这一机制。

在他们的综合分析中,研究人员发现,卫星推断出的Walker环流的增强比之前研究中使用的其他地表观测所暗示的要弱得多。将地表观测结果与最新的卫星产品结合起来是我们研究的一个关键因素。

在全球范围内,太阳活动周期的平均表面温度最高仅达到0.1
K,几乎是20世纪观测到的全球变暖趋势的8倍。然而,即使是如此微弱的地表变暖也会通过全球水文变化影响Walker环流。随着地表变暖,大气中的水蒸气增加的速度比降水损失的速度要快,这就需要沃克细胞的减弱。在模拟二氧化碳浓度增加的模型中,这是一个经过良好测试的机制,但事实证明,它也是在11年的太阳周期下运行的。

分析了61种因温室气体浓度增加而被迫进行的计算机模型模拟,研究表明,尽管平均响应是沃克循环减弱,但个别模型实验之间存在显著差异,尤其是考虑到短期趋势时。“我们发现,一些模型甚至与观测到的热带太平洋的变化一致,与其他计算机实验形成鲜明对比,这些实验显示,在观测期间,Walker环流持续减弱,”德国的Viju
John博士说。然后,就能够梳理出计算机模型模拟中传播的原因。

Misios说:“我们的模型显示了太平洋地区的西风异常,即使我们只考虑了全球水文的变化,但其强度太弱了。我们假设大气-海洋耦合,本质上是Bjerknes的反馈,可以放大太阳信号。”仅利用11年太阳活动周期的气候模型,研究人员就发现了支持他们假设的证据。他们的模型显示太平洋的风异常比观测到的要强得多。他们提出全球水文变化和Bjerknes反馈调节了太阳周期对热带太平洋的影响。研究人员现在希望,如果这些机制之间的相互作用能被其他气候模型恰当地描述出来,就有可能提高该地区十年预测的能力。

Ha
Kyung-Ja教授解释说:“自然气候的变化,例如与厄尔尼诺-南风振荡或十年代际太平洋振荡有关,可以在模拟热带气候趋势的多样性中占很大一部分。”

Brian
Soden教授“观察到的趋势并不罕见。在气候模型模拟中,我们总能找到几十年的短期周期,显示出与卫星数据推断出的趋势相似。然而,在大多数情况下,考虑到对全球变暖的百年反应,这些趋势最终会逆转它们的迹象”。

该研究的结论是,从1990年到2013年观测到的Walker环流加强及其对西太平洋海平面、东太平洋变冷、美国西南部干旱的影响是一种自然发生的现象,这与预测的人为气候变化的概念并不矛盾。鉴于热带太平洋的自然年代际变化水平很高,至少还需要20年的时间才能明确地探测到人类在太平洋Walker环流上留下的印记。

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