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主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？14 气温 -- 橡树村
无论什么原因引起的，地表辐射强迫发生变化，会导致气温的变化，而气温最直接的影响就是水了。温度升高呢，就会有更多的水挥发进入大气，这样就会吸收一部分热量，影响地表的能量平衡。地表可以提供的能量是有限的，一旦有更多的能量用于水的挥发，用于其它的能量，比如用于热传导的比例就会降低。不仅如此，大气可以容纳水的能力和温度也是密切相关的，温度升高后，大气就可以容纳更多的水，这个幅度，在一般的地表温度范围内，是每升高1摄氏度大气可以多容纳7%的水。大气里面的水的含量改变了，就会影响降雨，比如影响降雨的频率、数量、强度、时间、类型等等，甚至会出现一些极端的降雨异常。目前的认识认为，大气里面的水含量增加以后，会导致更强的降雨，但是也减弱了降雨的时间或者频率，这样的结果，是总降水量变化不大。实际上比起气温的直接影响来，气溶胶对于云的行为的影响更加突出。前面讲过，气溶胶可以阻挡太阳光抵达地面，降低地表接收到的能量，沉积在地表的气溶胶，特别是炭黑可以吸收地表的能量，减少了可以用于挥发潜热和热传导的能量，进而干扰水的挥发。气溶胶对于云的影响也非常复杂。不过由于气溶胶的影响都发生在局部地区，所以对于水循环的影响很难研究，目前还不清楚。
全球年度陆地降水异常变化趋势
降水的测量却是一个大麻烦。虽然现在气象站都可以进行降水的测量，但是降水的实时测量受到的干扰因素还是有的，特别是风对于降雪和小雨的降水量测量影响很大。目前的远距离测量技术，比如雷达和卫星只能测量降水瞬间的速率，同时这些仪器测量的不同结果之间的校正转换也非常复杂。更加复杂的是，人类的直接观测一般都是在陆地上进行的，占地球表面大多数的海洋却无法对降水进行直接测量。基于这些困难，关于全球降水情况的研究，就需要结合多方面因素，直接的间接的方法都要使用，比如直接测量，远程测量，干旱记载，挥发度测量，土壤含量，河流流量，大气湿度，等等，来建立对整个地球降水情况的完整认识。
全球各区域1901-2005年年度降水变化趋势
陆地上的历史降水情况，目前有几个数据库，有的数据从1900年开始，最晚的也从1979年开始，大多数已经可以提供局部地区的降水情况记录。不过这些不同数据库之间的差异也是不小的。从1951年到2005年的降水变化，数值从每十年变化-7毫米到+2毫米不等，但是要注意采用95%的置信水平的话，误差从3.2毫米一直到5.3毫米，这样，很多数据所显示的这个变化趋势就缺乏统计学的显著性。从1979年到2005年的降水变化数据更加热闹，最佳值从每十年-16毫米到+13毫米之间变化，误差也都非常大，导致这个变化趋势根本就没有统计学意义，基本上可以说，至少人们还没有观察到明显的全球降水变化的趋势。尽管如此，一些局部地区的降水变化还是有一些变化趋势的。上图描述的就是1901年到2005年之间和1979到2005年间各个区域的降水变化情况，每个格子是5个纬度5个经度组成的。能看出来在北美特别是加拿大的高纬度地区，降水增加还是很明显的，不过在美国西南部，墨西哥北部降水却在减少。在南美，亚马逊盆地和南美东南部的降水增加，智利以及西海岸的降水在减少。西非和萨赫勒地区的降水减少非常明显，1960年代到1980年代萨赫勒地区经历了长时间的大旱，不过现在降水已经逐渐恢复了。南部非洲也有明显的干旱倾向。印度的降水在增多，但是从1979年开始印度的降水已经有了明显的减少。欧亚大陆的变化情况就比较复杂了，总的来说，降水增多的地方要多于降水减少的地方。这里面可以看到不同区域的降水变化情况差异之大。下面的图列出了一些具体地区的降水变化情况，有兴趣的可以自己好好看。
一些地区的年度降水变化趋势
对海洋的降水情况测量，一般使用的是微波或者红外，或者两者结合的远程测量手段。在海岛上也有一些地面观测站，观测到的结果与微波红外结合的测量方法更加符合一些。目前也有几个数据库包含了海洋降水的情况，不过这些数据之间的差异很大，比如在热带地区，两个主要数据库的差异可以达到10%-15%。现在有一些方法试图校正不同的数据库，特别是不同的数值计算方法。目前能够相对肯定的，是在南北纬25度之间，1980-2005年间，海洋有一个4%的降水增加，与此同时同纬度带还观察到了陆地地区的2%的降水降低。北半球中纬度的海洋和陆地降水都略有下降。在1960-1974年，以及1975-1989年，北大西洋的降水有过增加。不过由于海洋的降水受到ENSO的影响巨大，所以这些趋势，还都不这么肯定。
大气水汽变化
a) 1988-2004年可降水现行趋势（%/10年）
b) 全球海洋区域平均的距平时间序列及相应的线性趋势
c) 全球平均（南北纬80度间）的对流层上层水汽辐射与卫星亮温距平
降水很难观测，但是水汽的测量就要好一些了，趋势也有比较明显的结果。自1976年以来，陆地和海洋表面的比湿，也就是水汽在大气中的绝对含量都在普遍增加。AR4采用的数据是从1988年到2004年全球海洋上空整层水汽以每十年1.2+-0.3%的速度增长。对流层中上层的水汽情况也已经有了监测。受到仪器的限制，这方面的长期变化趋势仍然很难进行准确评价，但是对流层中上层的水汽比湿增加的趋势是可以肯定的。云量的变化对于降水的影响最大，前面提到的陆地上大多数地区平均昼夜温差的下降就与云量的增加相符合，不过地表观测的海洋上空运量和低空云量的变化与卫星观测的并不一致，这里面还需要进一步的研究。云量的多少受到ENSO的影响非常大，甚至可以说受到ENSO的控制，这个基本上是肯定的。
上：年降水量变化趋势，1951-2003年湿日降水量占年降水量的百分比的变化趋势
下：全球年距平值
云量增加就应该减少地面所接受到的太阳辐射。这方面，也已经有了连续的观察数据，观察大气层顶的能量出入，观察从对流层反射来得短波的辐射，以及从地面和温室气体辐射出来的长波辐射。不过不同数据来源的差异仍然不少，好在变化趋势还是一致的。从1970年到1990年，观察到的入射地球表面的太阳辐射一直在减少，不过从1990年代开始，这个辐射又开始逐渐增加。不过进行这个观测的站点数量很少，代表性不足，另外由于这些观测站点大都在城市附近，而城市里面气溶胶浓度要比偏远地区高上不少。虽然气溶胶会降低空气质量，但是气溶胶也可以减少太阳抵达地面的辐射，所以可能大气中气溶胶的变化更应该是这个趋势的主要原因。比如已经有研究把空气质量的改善与太阳辐射的变化联系起来了。此外，在热带地区，观察到的大气辐射增加可能与热带地区上层云量减少有关。
抵达地表的能量变化、降水的变化，会直接影响土壤的水含量。历史上关于土壤水含量的纪录也有一些，不过时间都不长。最长的纪录是乌克兰连续45年的土壤湿度纪录，在这组数据里面，土壤的湿度在前半期有明显上升。对土壤湿度进行监测的600个站点的纪录，也显示了一个长期的土壤湿度增加的趋势，这些地区包括苏联、中国、蒙古、印度和美国。不过在全球尺度上来考察这个问题，这些监测站点覆盖的范围就不足了，所以人们使用了替代方法，最普遍应用的叫做帕玛干旱严重指数PDSI。这个指数只考虑了降水量、温度和当地的水资源情况来评价土壤的湿度。这个指数不是最好的，但是却是最方便的，因为所需要的数据非常普遍的存在，可以在全球尺度来进行比较。也有更复杂的系统来对土壤湿度进行描述，这里面要包括风速、太阳辐射、云量、水汽含量等等，但是要复杂多了，数据不全。使用PDSI甚至可以对历史的数据进行重建。应用PDSI，研究者发现北半球陆地从1950年代开始土壤有干旱趋势，广泛分布在欧亚大陆、北非、加拿大和阿拉斯加。在南半球，1960年代和1990年代土壤比较湿润，1970年代则比较干燥。虽然1901-2004年的降水量有一个不明显的增加趋势，但是，最近几十年的降雨减少使得土壤向干旱方向变化，可能最近二三十年的气温升高也对土壤干燥有影响，有一个研究表明，从1970年代以来，非常干的地区的面积增加了一倍多，不过具体的变化幅度取决于使用的数据模型。
年均海表温度距平
极端天气现象也可能有增加趋势。这里面有一些麻烦，虽然气候变化对于极端天气事件应该产生影响，但是究竟这些极端天气现象是否在增多还是一个问题。随着科技的发展，人们可以监测到原来监测不到的极端天气现象，听到更多的极端天气现象，极端天气现象导致的自然灾害也都是新闻的头条，给人一种极端天气现象越来越多的感觉，但是这些现象究竟是不是在增加，还是需要科学分析的。由于历史纪录缺乏，可以用于分析的现象也就不多，越罕见的天气现象，进行比较的难度也就越大。目前可以肯定的，是从1950年代以来，陆地强降水事件的发生次数可能在增加，包括一些总降水量在减少的区域，也可能有这个趋势，不过只有很少数地区有充分的资料来对这个猜测进行支持。在海洋上，从1970年代以来北大西洋的强热带气旋活动在增加，被认为与热带海表温度上升有直接关系，其它区域也有类似的现象。不过每年的热带气旋个数并没有明显的变化趋势，但是热带气旋的生命史在变长，强度在增加。ENSO对热带气旋的数量和风暴路径有重要影响。不过需要一提的是，1995年到2005年间，北大西洋飓风数有9年高于1981年到2000年的平均状况。
不同海洋区域ACE指数的季节性变化
ACE指数是描述强风能量的一个指数，是六小时可持续最强风速的平方和，同时含有强度和持续时间两个重要因素
注意左二图西北太平洋的纵坐标刻度与其他的略有不同
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🙂这个系列，写完了真应该出书 1 洗心 字97 2010-01-29 09:58:48
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？17 冰雪圈 31 橡树村 字9389 2010-01-29 01:10:05
😥很有一些超出想象: 1 月色溶溶 字154 2010-01-29 05:15:27
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？16 降水
🙂俺抢村长沙发 1 bigsk 字0 2010-01-28 03:55:13
🙂温度应该是个在全球暖化中最先讨论的问题 3 PBS 字395 2010-01-27 09:29:05