本帖最后由 2184 于 2024-6-19 22:10 编辑
0. 序言
重建过去的气候变化，即通过找到或多或少的气候变化证据，对其标定与审核，最后实现理论上的复原。气候变化证据可从各种记录地球环境演变的天然档案中检索，这些天然档案被称作“代用资料”或“代用指标”，在年复一年的或数十乃至上万年的长周期环境波动中，记载气候变化信号。
这就好像组装一个没有样图的、部件残缺、由不同材料制成的智力玩具，缺失的部分或已丢失、或还未发现其线索。先要找到的不同部件，鉴定它们的功能与可靠性，再根据有限且可靠的零部件复原该“智力玩具”的全貌或主体结构。
1. 总论：硬海绵记录了前工业化以来的全球变暖
全球变暖引起地球气候重大变化，2023年夏季出现前所未有的热浪、2023-24年高于平均水平的ENSO阶段，意味着强热浪等相关极端事件可能正成为新常态。一些问题出现在工作者面前：①这是否意味着全球地表温度已经或即将超过2015年《巴黎协定》的目标（即，全球平均温度控制在比前工业化水平升温2℃以内，并努力达到升温1.5℃以内），以及更极端的事件是否将在不久的将来出现。②由此需认识的自前工业化时期（人类活动开始通过燃烧化石燃料显著改变气候之前的平均气候状态）以来的全球总体变暖幅度。然而，19世纪初数次大规模火山爆发引起全球降温、1850年之前器测记录较少或其不确定性较大等使研究面临较大挑战。
一篇在今年2月发表于nature climate change的论文中，研究人员用硬海绵碳酸盐骨架保存的300年温度记录，证明了工业时代的变暖开始于1860s中期，比器测海面温度早80多年。①直到20世纪末，海洋和陆地空气温度的上升一直在重叠，当时陆地变暖的速度几乎是海表的两倍。②更高的陆地温度，加上工业时代变暖的较早开始，表明到2020年全球变暖已比工业化前的水平高1.7±0.1℃。③结果比IPCC的估计高出0.5℃，预计到2020年代末，全球升温2℃，比预期早了近20年。
图1 1850年以来全球海面和陆-气温度异常。a 异常是1961-1990年平均水平，1850-1900年HadSST4一直比陆-气温度高。b 异常是IPCC 1850-1900前工业化时期自1900s初以来相对于陆地的SST异常冷却。全球变暖（GMST）是陆-气温度（∼32%）和海洋表面温度（∼68%）的加权平均值。不确定度代表95%的置信区间。
需指出，①标本采集自加勒比海33~91m处的海洋混合层（OML），即大气与海洋内部进行热量交换的区域，此处温度变化似乎主要由外部辐射强迫驱动，提供了更稳定、更具代表性的上层海洋温度记录、是监测全球SST趋势的理想区域。②珊瑚硬海绵（Coralline sclerosponges）是一种古老的钙化海绵，其逐年生长（或细时间尺度）积累的钙质骨架提供了高分辨率的稳定的环境变化资料，所有样本中的锶/钙（Sr/Ca）比率的近似平行排列，表明对周围海水温度变化的响应比例相同。这个“Sr/Ca古温度计”根据“现代”（1963年后）高度相关的全球海面温度仪器记录进行校准，从最外层沿逐渐变老的碳酸钙骨架的生长轴测量0.5毫米（2年）连续增量，得出周围海水温度。
2. 分论：前工业化时期和工业时代变暖的开始（图2）
（1）前工业化基准期（1700-90年、1840-1860s初）：两个相同的基本稳定期（< 0.1 ℃/10a）。其最后阶段为1840-1860s初的平台期温度，比1700s高∼0.1 ℃。
（2）全球冷却（1790-1840年）：与冰芯中高浓度火山硫酸盐气溶胶一致，包括1783年（拉基）、1809年、1815年（坦博拉）和1832年（科西吉纳）的主要火山喷发。1808-28年加勒比海洋观测记录中，全球范围降温明显（−0.2 ± 0.06 ℃），并在1830s恢复到前工业水平。
（3）工业时代气候变暖的开始：1860s中开始显著变暖，早于IPCC的估计、但与原有古气候重建一致。1870s中期海洋混合层（OML）显著变暖（超过并保持比前工业化时期高2σ的更严格的变暖标准），比器测海温或浅水古气候珊瑚记录早80多年（浅水古气候珊瑚记录中的高自然变率掩盖了直到20世纪中叶的工业时代变暖的出现）。
图2 OML和HadSST4全球平均异常。a OML和HadSST4的比较偏移量为0.9 ± 0.1 °C，以说明从前工业化时期（1700-1790s初和1840-1860s初的蓝色阴影）到1961-90年异常参考平均值（垂直虚线）的变暖。b 主要火山喷发时间，用带负辐射强迫的灰箭头表示（W /m2）。工业变暖在1860s中期开始（浅蓝箭头），随后在1870s初出现（蓝色箭头）。浅蓝线显示5年滑动平均。c 前工业化OML和IPCC值比较，平均偏移量∼0.6 °C。水平箭头显示工业时代变暖阶段。d OML和HadSST4异常响应厄尔尼诺年份的差异
3. 分论：工业时代的OML温度（图2）
（1）OML记录的三阶段升温：
①工业化早期（1860s-20世纪初）：升温0.3 ± 0.1 ℃，平均速率∼0.09 ± 0.03 ℃/10a。
②工业化中期（20世纪初-1960s）：升温∼0.3 ℃，速度0.04 ± 0.02 ℃/10a。
③现代时期（1960s-）：升温随大气二氧化碳迅速增加而加快（0.15 ± 0.05 ℃/10a）。1980s中以来对二氧化碳增加的敏感性减半（1964-84年的∼0.17 ℃/10a到1985-2020年的~0.08℃/10a）。虽然海洋表层变暖对二氧化碳敏感度下降很难与工业气溶胶冷却效应一致，但确实与夏季混合层深度的全球增加相吻合，因此海洋表层热容量更大。
（2）船测表面海温（HadSST4）与OLM温度比较：
①过山车式变化：HadSST4快速变暖期后的降温。
②1850-80年HadSST4异常温暖：IPCC前工业化参考期的第一部分，特别是1877-78年厄尔尼诺期间。
③SST降温（1880年-20世纪初）：仅1883年喀拉喀托火山喷发可归因。20世纪初OML和HadSST4有很好的一致性。矛盾的是，IPCC的1850-1900年前工业化时期，尽管大气二氧化碳增加，但比二十世纪“工业时代”开始时高∼0.3 ℃。
④HadSST4再次变暖（1920s中期，特别是1940s中期）。
4. 分论：意义与挑战（图3）
（1）理解温室效应如何影响陆地气温仍是一个挑战
假设相对于1961-90参考期，0.9℃的相同固定偏移量可应用于陆空异常和OML异常（二者间有较好的一致性），尽管1750-1860年的陆地记录存在较大不确定性。
①解决了用IPCC工业化前参考期提出的“暖陆冷海”难题：IPCC 1850-1900年前工业化时期，与1860s以来OML和陆地持续变暖（同步+0.3℃）的明确记录比，HadSST4最初上升0.6℃，随后出现异常降温趋势。——因此，现代观测继续参考1961-1990年平均值，但调整+0.9℃以说明自1860s中期工业时代变暖开始以来到1961-1990年平均升温。
②在此基础上，直到1990s，陆地和海温记录显示了对ENSO的总体一致反应，即在强厄尔尼诺期间陆地温度相对较高、在拉尼娜事件期间较低。
③陆地和上层海洋表面变暖速度的长期相似性在20世纪末开始打破，无论ENSO如何，陆地-空气温度现在的增速几乎是海洋表面的两倍。
图3 OML和全球平均表面温度（GMSTS）。相对于1961-90年基准的+0.9 °C偏移的异常。a OML和Berkeley陆地温度异常，从~1990年开始极端陆地-空气温度（粉色阴影）。b 混合OML和陆地异常（暗红圈）以及混合HadSST4和陆地（橙圈）的GMST，后者相对于IPCC1850-1900年前工业化时期，低估全球变暖∼0.5 °C。c 到2020年，OML和HadSST4 >1.5 °C以及陆地>2 °C的将增加。d 在2012-15年，GMST通过了1.5 °C（混合OML + 陆地和混合HadSST4 + 土地）。按照目前的排放速度，到2020s末，全球变暖将达到2 °C。大气二氧化碳的历史演变（实线），未来以目前的排放量增加（虚线），以及从2025年起每年减少10%，到2030年初将排放量减半（虚线）。
（2）对全球变暖近期预测的重要意义
①仅通过减排将全球变暖限制在不超过1.5℃的机会已经过去，按目前的排放速度，到2020s将达到全球变暖2℃的阈值。相对于1961-1990年参考值，自前工业化时期（1700-1860）以来的OML和陆地温度、全球平均表面温度上升~0.9℃；相对于IPCC 1850-1900前工业化时期估算的HadSST4和陆地温度仅0.4℃，相差0.5℃。2018-2022年，全球变暖温度比工业化前（1700-1860）水平高∼1.7 ± 0.1 °C，而IPCC估计∼1.2 ± 0.1 °C。
②陆地-空气温度现在的增速几乎是海表的两倍，比前工业化的水平高2℃。如果以此增速持续，平均陆地温度将在2035年左右超过2.5℃（全球平均表面温度在2040s初）。
参考文献：
附页：研究区与样本
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发表于 2024-5-30 10:26
