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

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 )

6.4℃

1.1℃

(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

　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。

地表温度预估结果

低排放

中等排

放

高排放

(IPCC,AR4,2007)

图 4

IPCC 对气候预测的改进图 5

变化的世界：有些地方更多的降水，有些则降水减少

图 6

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。

降水变化预估结果12 － 2 月 6 － 8 月

(IPCC,AR4,2007)图 7

Projected number of hot days (>30 ) and heavy rainf℃all (>100mm/day) by the 16 high resolution GCM (Hasumi et al., 2004)

预测的高温日数 (>30℃) 和暴雨频率 (>100mm/ 天 )

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？

北极仙女木花图 9

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

全球温盐环流输送带示意图

海洋环流的变化对全球气候变化的影响

图 11

盐 度 中 值年

北大西洋东部

丹麦海峡

拉布拉多海

已观测到北大西洋北部海水盐分在降低

图 12

纬向平均的海洋盐度线性趋势

兰色表示盐度减少

IPCC AR4

图 13

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）

气候模式可以模拟和预测未来温盐环流变化

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“欧盟“ 2℃2℃ 目标目标””

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 温度超过 22 ℃℃ ，全球遭遇沿海洪涝、，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、水短缺的人数将大大增加。

饥饿、疟疾、洪涝

（亿）

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0

35

30

25

20

15

10

5

0

水短缺（亿）

(IPCC ， AR4 ， 2007)图 15

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

气候变暖情况下全球 GDP 的损失估计

TAR, 2001 Stern, 2007

图17

图 18

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

(IPCC,2007)

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

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

A1 (A1B) AIM Marker

A2 ASF Marker

B1 IMAGE Marker

B2 MESSAGE Marker

A1T MESSAGE Illustrative

A1FI MINICAM (A1G) Illustrative

图 22

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。

(IPCC,2007)

图 24 排放转化为大气浓度

在 AR4 气候模式中用于计算强迫的碳循环模式

Carbon Cycle Model

General Circulation Model

ISAMMRI: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

2. 排放向浓度转换的不确定性

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）

(IPCC,2007)

图 27

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)

(IPCC,2007)图 28 WV：水汽； C ：云； A ：反照率； LR ：递减率

                                                                            

              

4、预估结果的合成(Sampling uncertainty and estimating probabliti

es)

(IPCC,2001)

图 29

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