主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？28 预估：情景和气温 -- 橡树村
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？27 现代气候归因 下
先看一下2010年3月份的全球平均温度。按照下图中的卫星数据，2010年3月份的全球平均温度仍然是高温，偏高程度与一二月份接近，基本上是除了1998年初以外的历史最高温度。图里面红色的线显示的是13个月的平均温度，这个可以看作是一种年平均的温度差异。可以看到在2002年以后，红线基本上在偏高1979年至1999年异常平均值0.2摄氏度的水平上，在2008年进入一个低谷之后，从2009年开始，平均气温上升的趋势很明显，当然现在还不可能对2010年代下什么结论。这里面差不多可以看到一个2000年代相对1990年代每十年0.2摄氏度左右的升高趋势，这个气温升高趋势，与IPCC多次预测的结果还是基本符合的。
IPCC从第一次报告开始就对未来气候变化进行预估。在预估的方法方面，相关研究已经有了很明显的进步。目前进行预估使用的仍然是各个气候模型，而这些气候模型往往包含了最新的研究成果，也是的预估考虑的因素越来越多。与第三次评估报告给出的预估比较，第四次评估报告中的预估，主要的进步来源于明确考虑了一些关键的不确定的数据，比如气候反馈，海洋热吸收，辐射强迫，碳循环等，同时在具体数学方法上也有进步。这里不进行展开。预估结果也有进步。下面这个图大约是第三次见到了。这个图说的是前三次评估报告进行的预测，与实际观测结果之间的比较。第一次评估中，预测1990到2005年间全球平均温度每十年上升0.3摄氏度，这个数值目前普遍认为偏高。第二次评估中，由于增加了对气溶胶冷却效应的定量分析，而气溶胶是可以起到降温作用的，所以这个预估的升温速度降低到了每十年0.15摄氏度。第三次评估报告中的预测与第二次类似。实际上呢，这期间观测到的全球平均温度的升温速度是每十年0.2摄氏度。虽然与预估的结果仍然有差距，不过应该说还是不错的了，大趋势预测正确，这就为这类预估提供了一定的信度。
造成预估不准确的原因是多方面的，方法本身仍然有进步空间当然是重要的一个，另外一个，就是这些预估是基于一定的对各种自然、人为因素的变化的预估的，而对这些因素的预估，可以说不确定性本身就非常大。前面讲过了，影响气候的因素很多，既有自然因素，也有人为因素。对于自然因素，太阳辐射的变化有的部分可以通过科学方法进行预测，有的部分还不能进行预估，这就需要假定这些还不能预估的部分并不发生变化，或者按照目前已知的规律进行规律性的变化，而一旦实际情况偏离这个规律，预测自然就会不准确。对于火山爆发就更加无法预测了，所以火山对于未来气候的影响只能完全被排除在预估之外。就是说，对于预估来讲，仅仅考虑了目前科学水平下的已知的自然因素的影响，其他的部分，假定规律不变。对于人类活动造成的影响，预估本身也是非常复杂的工作，毕竟经济预测本身就很难进行，而当涉及到温室气体排放、气溶胶排放等人类活动的主要影响因素的时候，不同的国家政策也会导致很大的差别，比如2008年开始的经济萧条至少在2005年的时候没有任何人预期得到。这些基本的参数的预估与实际值的差别，也会导致预估与实际观测值的偏差。这方面，为了简化计算，第一工作组报告里面并不考虑各种各样的碳减排和排放限制等等的呼求、努力，只是纯粹从数学意义上设定了一些限定条件，预估了一些情景模式来，考虑在这些情景模式下，气候的可能的变化情况。这些情景自然就会与实际结果产生差距。这些情景模式本身还是比较复杂的，需要根据对人口增长、世界政治经济局势等等的假定来推算可能的二氧化碳以及其他长寿命温室气体的排放，二氧化硫的排放，各种气溶胶的排放等等。每一个因素，都有不同的变化可能，组合起来就会非常复杂。在IPCC撰写第三次报告的时候，颁布了一个排放情景特别报告SRES，这里面设定了几种情景模式来进行预估。第四次报告仍然沿用了这些情景。
AR4里面考虑了6个情景，分别是A1F1, A1B, A1T, A2, B1和B2。A1情景代表的是高速经济增长的模式，预计全球人口在2050年达到90亿，然后逐渐下降，认定科技可以快速发展、传播，同时世界交互广泛，收入和生活方式在世界范围趋同。A1情景还可以分成三个，A1F1情景代表能量来源仍然严重依赖化石能源；A1B情景代表各种能量来源平衡发展，适当发展非化石能源来，同时并不放弃化石能源的开发，应该是比较有可能的一种发展情景；A1T情景则把重点放在了非化石能源上，试图使用非化石能源替代化石能源。A2情景描述的是更加分化的世界。这个情景里面假定各个国家发展相互独立，基本自己发展，相对封闭，人口持续增长，经济发展以地方经济发展为主，而同时，科技变化的趋势就趋于缓慢，局部化，人均收入增长比较A1要低。这个情境下由于技术普及缓慢，同时经济增长仍然较快，人口持续增加，所以碳排放增长比较高。B1情景也是高速发展的模式，不过经济结构与A1所有区别，高速发展的部分主要来源于服务业和信息领域，这样对能源的依赖相对低。这个情景模式下人口发展同样在2050年增加到90亿，然后逐渐下降，同时假定由于技术的进步，对于材料的依赖逐渐降低，经济自身更加清洁，资源利用率更高，经济是全球化的经济，社会和谐，环境友好，稳定。这是所有考虑的情景里面碳排放最低的一个。B2情景则是一个高度分散的世界，预计人口持续增加，但是低于A2情景的增加速度，经济偏向地区性，但是同样维持经济、社会和环境的稳定，经济发展中速发展，技术的发展、推广速度慢于A1和B1。这些选定的情景的合理性仍然有争议，不过这并不妨碍人们根据这些情景来对未来进行推测。这里面，最常用的是A2, A1B和B1三个情景，分别代表了碳排放高速增长、中速增长和低速增长三个模式。除此之外，为了比较，AR4还考虑了维持2000年的温室气体和气溶胶水准的情况下，气候的变化情况。
上图是前一个图的扩展，这里面增加了一部分，就是在维持2000年温室气体和气溶胶浓度（橙色）的情景下，以及低速（B1情景，蓝色）、中速（A1B情景，绿色）和高速（A2情景，红色）碳排增长三个情景下，对2005年至2025年间全球平均变暖情况的预估。这里面可以看到，对于低速、中速、高速碳排放增长的三个情景，在2005年到2025年之间，三者的区别并不大。而作为参考的温室气体和气溶胶浓度维持在2000年水平的预测结果，在早期，2010年以前与这三个情景也比较接近，到2010年以后逐渐分开。具体的说，如果温室气体浓度和气溶胶浓度维持在2000年的水平的情况下，在2000年代，气温仍然有一个每十年0.1摄氏度的升高，然后气温至少在2025年以前将基本上维持在这个水平。如果排放变化符合另外三个情景模式，在2000年代气温实际上会有每十年0.2摄氏度的升高，并且至少在2025年之前，气温将保持这个速度继续升高下去。前面讲过，不同的气候系统对影响因素的响应时间各有不同，对不同的影响因素的反应也有不同，陆地最快，海洋最慢，响应时间往往长达数年数十年。因此即使在影响因素稳定之后，由于这个滞后效应，气候将在一定时间内持续变化。模型预估到的这个情景，与这个理解是一致的。
上面这个图是上述四个情景的进一步扩展，按照相关情景，预估到2100年，然后维持2100年的水平，继续预估200年。具体的数值这里也说一下。对于2090年至2099年这十年的平均气温与1980年至1999年这20年的平均气温的比较，稳定在2000年水平上的情景，预估温度升高在0.3到0.9摄氏度，最佳值0.6摄氏度；对于排放最低的B1情景，预计温升在1.1到2.9摄氏度，最佳值1.8摄氏度；对于排放略高的A1T和B2情景，预计温升在1.4到3.8摄氏度，最佳值2.4摄氏度；A1B情景，预估温升1.7到4.4摄氏度，最佳值2.8摄氏度；A2情景，温升2.0-5.4摄氏度，最佳值3.4摄氏度。最差的是A1F1情景，预估温升2.4至6.4摄氏度，最佳值4.0摄氏度。可以看到到了21世纪后半期，各个情景模式之间的差异逐渐增大。各个不同的气候模型对这些模式的预测见下图。
预估的时间越远，误差就越大。下图里面列出了B1，A1B，A2三个情景下的概率密度分布，可以看出对于短期预期，概率分布还是比较好的，而对于21世纪末期的预估，分布就比较平坦了。不同的预估方法所得到的概率分布也有所不同。
不同的纬度温升情况自然不同。上图是A2情景与维持2000年浓度两个情景下的比较，时间是21世纪最后一个年代与1980至1999年平均的比较。上面两个图是不同纬度下海洋和陆地平均温度的变化，下面是降雨的变化。左边是相对全球平均变化的比例，右边是绝对值的预测。基本上可以说，在大部分纬度，陆地的温升高于海洋；北半球温升要高于南半球；赤道地区的温升幅度略低，然后随着纬度越高温升幅度越高；在大部分纬度地区，海洋平均温度的变化幅度相当。不同高度大气的温度变化，不同深度海洋的温度变化也有预测。下图是A1B情景下，不同时间段，不同纬度，不同大气高度（用气压表示）以及不同海洋深度的温度变化预测。
再具体一些的，对于地球不同地区的温升预测的工作也有了进展。下图是B1，A1B和A2三个情景下各个地区温升的预估，相对的是1980年至1999年的平均。这里面可以看到与前面讲到的不同纬度地区温升的类似趋势。再下图是A1B情景下冬季和夏季温升、降雨和海平面气压的预估，显示在中高纬度地区，冬季的温升幅度很高，高于夏季这些地区的温升。基本上可以说，预估的21世纪温度变化在任何地方都是正值。陆地和冬季北半球大部分高纬度地区的变化最大，从沿海扩大到内陆。有一个现象值得注意，就是变暖幅度在干旱地区要比在潮湿地区要大。南部海洋和部分北大西洋地区变暖幅度最小。大气区域平均温度变化的预估显示热带对流层上部变暖幅度最大，平流层冷却。预计进一步的海洋趋于平均变暖首先发生在近地表层和北半球中纬度地区，变暖逐渐到达海洋内部，最明显的是高纬度地区。
平均气温偏高就会导致热极端事件增多。预估未来温度极值将随着世界大部分地区平均温度的升高而增加，但地表特征发生变化的地方，比如积雪或土壤湿度变化的地方除外。有多个模型分析了21世纪末期高于20世纪模拟温度分布95个百分点的极端暖季概率，认为在热带地区，这个概率达到了90%，在其他地区达到了40%。预估未来热浪发生的强度会增大，持续时间更长，发生频率更高。预估北半球冬季大部分地区与目前相比冷空气爆发的频率降低50-100%，霜冻天数会减少，作物生长季节的长度会延长。
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🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？28 预估：情景和气温
🙂三月份的温度异常分布情况 6 橡树村 字1308 2010-04-16 06:32:36
🙂那么今年冬天北半球不少地方普降大雪算是反例了？ 1 洗心 字137 2010-04-13 03:37:03
🙂不是反例 闲看蚂蚁上树 字98 2010-04-13 06:39:10
🙂说不上反例 2 橡树村 字634 2010-04-13 03:57:47
🙂thanks 1 洗心 字778 2010-04-19 04:21:21
🙂冰岛火山大爆发，我们今年是不是没有夏天了。。。 月色溶溶 字42 2010-04-15 22:57:45
🙂火山爆发也是有级别的 13 橡树村 字1295 2010-04-16 14:12:13