最近的气候模型预测,如果大气中的二氧化碳浓度比工业化前的水平高出一倍,就可能导致气温飙升,远高于先前的估计。研究人员现在说,地球变暖将导致云层消失,让更多的太阳能击中地球。

这是长期以来气候变化科学中最令人担忧的发展。关于气候对增加更多温室气体的敏感性有多高的结论,世界顶级气候模拟组织的一系列新研究使人们对这个结论产生了怀疑。

在新的实地研究之后,这些研究改变了模型对云的处理方式。他们认为,随着全球变暖,云使我们保持凉爽的能力可能会大大降低,从而使全球变暖加速。

云长期以来一直是气候计算中最大的不确定性。他们都可以遮住地球并陷阱。哪种效果占主导地位取决于它们的反思方式,它们有多高,以及是否是日夜。事物的成就更加复杂,因为云动态是复杂的,并且在很难包括在用于的模型中很难包含的小尺度上预测未来的气候。

最近,人们对模型处理云层的精确性的担忧集中在了低云层的覆盖层上,任何国际飞行者都会看到,这种覆盖层横跨海洋,在它们下方绵延数百英里。海洋层和层积云主要使地球降温。它们遮蔽了大约五分之一的海洋,反射了30%到60%射入太空的太阳辐射。据估计,这样一来,它们将到达地球表面的能量减少了4%到7%。

但越来越有可能的是,在一个更温暖的世界里,它们会变得更薄或完全燃烧,留下更晴朗的天空,太阳可能会使全球变暖上升1摄氏度或更多。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Mark Zelinka,一篇关于上个月发布的新模型,已经提出:模型“正在以戏剧性的方式脱落他们的防护防晒霜。”


关于云层和气候变化的争论是对全球变暖的反馈的更大关注的一部分。

新的预测推翻了联合国(UN)政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on climate Change)成立32年来一直存在的关于地球气候敏感性的共识。所有五个联合国政府间气候变化专门委员会的科学评估同意加倍二氧化碳,最重要的温室气体,从工业化前水平最终会温暖我们大约3摄氏度(5.4华氏度),与一个误差棒从低1.5摄氏度(2.7华氏度)高4.5度C.(华氏8度)。这在行话中被称为平衡气候敏感性。

2018年在埃克塞特大学彼得科克斯领导的审查所指出的审查时重申了这一共识,发现气候敏感性超过4.5度的机会是“不到1%。”

但现在,这种共识已经分崩离析。最主要的气候模型——包括那些从美国国家大气研究中心(NCAR)和英国哈德利中心-现在计算气候对二氧化碳浓度加倍的敏感度作为一个学位或更高,包括5.6摄氏度(10华氏度)。他们的发现几乎肯定会在未来IPCC的评估气候变化的物理科学,将于明年4月签署。

与此同时,对于准备于今年11月在苏格兰格拉斯哥达成一项减少温室气体排放的新协议的气候谈判代表来说,这些新发现应该会让他们感到不安。这是因为修正后的估计使得将全球变暖控制在2摄氏度以下的可能性更小,更不用说5年前巴黎气候协议达成的1.5摄氏度的目标了。


关于云在气候变化中的作用的辩论是对热身世界的反馈感到较大的一部分。很长一很清楚的是,在大气中加倍二氧化碳的“温室效应”将直接将全球温度提高约1摄氏度。这是无可争议的物理学。但这只是一个开始。事情变得更加复杂 - 并且有关 - 因为通过自然系统如何响应这种初始变暖而引起的反馈。没有很容易评估准确。

云层在南方印度洋,由美国宇航局的Terra SpaceCraft捕获。

云层在南方印度洋,由美国宇航局的Terra SpaceCraft捕获。美国国家航空航天局/姓名

一种反馈是覆盖地球大片区域的冰雪融化。这将用深色的陆地和海洋取代光反射的表面,吸收太阳能并将其辐射,加热空气。目前还不清楚海冰,尤其是北冰洋的海冰会以多快的速度消失。然而,这种趋势令人担忧,在过去40年里,北极海冰范围以每10年约10%的速度缩小。

第二是未来大气中可能会有更多的水蒸气,因为更高的温度会导致陆地和海洋更多的蒸发。水蒸气本身就是一种重要的温室气体。气候模型估计,额外的水蒸气将至少使直接温室效应加倍。

第三个反馈和最不确定的是云。空气中的大量水蒸气形成了将云层聚集的水滴。我们通常会想到云,因为让我们酷,更多的水蒸气应该变得更加云。这可能听起来很有帮助。但事情并不那么简单。

在白天,低云遮蔽着地球,到了晚上,它们就像一个绝缘的毯子。与此同时,高卷云主要起着集热器的作用,使其下方的空气变暖。一般来说,在全球范围内,模型显示,变暖和变冷的影响是相互抵消的,并且假设随着世界变暖,这种情况将继续下去。但是新的模型分析却显示了相反的结果。


去年3月在巴塞罗那的会议上,气候建模师首先开始意识到世界上大多数主要的气候模型都拒绝了旧的IPCC共识。数据现在越来越多地成为公众。首先,在7月​​,NCAR的Andrew Gettelman报道称,该中心的修订模型提出了气候敏感性 - 基于CO2水平的投影加倍的温度增加 - 5.3摄氏度(9.5度),a增加32%在其之前的4摄氏度估计上。

云将薄而稀疏,许多人根本不会形成额外的变暖。

其它的很快就跟进了。上个月,以泽林卡为首的美国和英国研究人员报告说,他们目前调查的27个模型中,有10个认为二氧化碳翻倍导致的气候变暖可能超过4.5摄氏度,一些结果显示高达5.6摄氏度。这套模型预测的平均变暖温度为3.9摄氏度(华氏7度),比IPCC旧共识高出30%。

法国国家科学研究中心的科学家们得出结论,新的模型预测,由化石燃料驱动的快速经济增长将使气温平均上升6至7摄氏度(10.8至12.6华氏度)本世纪末。他们警告说,保持温暖低于2度C的温度是不可能的。

泽林卡说,对更高气候敏感性的新估计主要是由于模型处理云动力学的方式发生了变化。这些模型发现,在一个更温暖的世界里,云层所含的水分比之前认为的要少。云会变薄,许多根本不会形成,导致“更强的正云反馈”和额外的升温。

这个模型的调整是根据最近在南大洋的实地研究,目前地球上最多云的地区之一在飞越这些云层时,研究人员发现,云层中含有的水比之前认为的要多得多,而冰却比之前认为的要少。NASA的艾薇·谭(Ivy Tan)说:“它们的光学厚度更厚,因此反射阳光的能力更强。”

这听起来像好消息。但这意味着过去的模型已经高估了这些云层的冰将在较温暖的世界中转向液态水 - 因此高估了未来云的厚度和他们让我们保持酷的能力。谭说,消除偏差可以提高气候敏感度高达1.3摄氏度。

来自卫星的真实数据表明,建模者的预测可能已经成为现实。

建模者也改变了它们的表征如何表征人为气溶胶的作用从燃烧燃料,特别是在云。总的来说,气溶胶使云层更厚,能够更好地遮蔽地球。最近的重新计算是在对20世纪中期的气溶胶排放进行了新的估计之后进行的。在20世纪中期,快速工业化带来的大量排放导致地球温度下降了几十年,掩盖积累二氧化碳的温暖效果。

研究人员从新的数据中得出结论,气溶胶的冷却效应和二氧化碳的变暖效应都比之前认为的要大,这使得他们向上修正了他们对气候对二氧化碳敏感性的估计。随着二氧化碳的持续积累和对雾霾的严格控制,颗粒物气溶胶的掩蔽作用在未来必然会减弱。因此,气候对二氧化碳的敏感性上升将成为主导因素,这将进一步加剧全球变暖。

来自卫星的真实数据表明,建模者的预测可能已经成为现实。NASA兰利研究中心的诺曼·勒布(Norman Loeb)表示,自2013年以来,全球平均气温急剧上升的时间与此相符云覆盖在海洋上的下降。他认为天空更晴朗可能是因为更严格的污染管制在中国和北美。

其他研究人员报告说热带地区的低级云较少在温暖的年。在2016年的研究中,当时供职于苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的气候科学家塔皮奥·施耐德(Tapio Schneider)指出,在计算中纳入这一联系的气候模型预测,全球变暖速度将加快。

当前和未来大气中二氧化碳浓度的云模型,显示了从层积云向分散积云的转变,这将导致强烈的变暖。

当前和未来大气中二氧化碳浓度的云模型,显示了从层积云向分散积云的转变,这将导致强烈的变暖。施耐德et al。大自然2019年

施耐德现在在加州理工学院工作,他在去年2月提出全球云层可能有一个临界点,超过这个临界点云层就会“变得不稳定和破裂”,使全球变暖进入上升的螺旋。他使用了一个精确分辨率的模型,他说,这个模型比用来计算气候变化的模型更能反映真实的云层动态。

在CO2水平约为1200 ppm,初前产业水平超过4倍的倾斜点,以及三倍电流水平。但是,一旦通过它,他投射了由于丢失的云的结果,温度将被额外的8摄氏度(14.4度)飙升。他建议这样一个倾向于“可能会导致贡献过去地质上的气候突变


这已经不是第一次通过对云在变暖的世界中如何变化的建模分析得出如此可怕的气候预测了。15年前,我参加了一个气候模型专家的研讨会,英国哈德利中心的詹姆斯·墨菲在会上讨论了他如何调整了他中心的标准气候模型,以更充分地反映关于云层覆盖、云层持续时间和厚度的不确定性。由此得出的图表显示,最有可能的升温幅度仍然是3摄氏度左右,但在顶端有一条“长尾”。有一种可能性——他并没有说更高——二氧化碳翻倍的温度可能会上升10摄氏度(18华氏度)。

牛津大学的大卫·塔斯托斯在另一个型号上做了同样的事情,看到了延伸到12摄氏度的“长尾”。他们稍后均发表他们的发现自然,但这些发现后来却被建模者边缘化了。他们没有被列入IPCC气候科学评估的摘要中。但最新主流模型运行中出现的最新、更热的预测表明,墨菲和斯坦福斯有所发现。