夏季热浪发生周期预计缩短10倍

原编者按:极端气候带来愈来愈严重的社会经济压力。2003年欧洲热浪来袭,因极端炎热而导致死亡的人数成千上万。后续研究表明,人类行为加剧了热浪产生的几率,同时预测在四十年后热浪现象将成为“家常便饭”。

十多年过去了,之前的研究结果是否有变动?现在极端炎热天气的发生几率是多大?本期推送的是由Nikolaos Christidis, Gareth S. Jones 和 Peter A. Stott 于2014年在《Nature Climate Change》上的文章:Dramatically increasing chance of extremely hot summers since the 2003 European heatwave。自第一次研究后,这十年间观察到的夏季气温上升了0.81 K。本文即在探究十年后欧洲最糟糕的一个地区再度出现极端炎热夏季的可能性。本文发现,气温将在近百年内再次达到03年数值,比之前的研究预测足足提前了近十倍时间。

尽管自二十世纪九十年代末以来,全球平均气温上升速度放缓,但全球各区域极端气温仍然持续升温。过去十年频繁产生着夏季热浪,如2010年的莫斯科,2011年的德克萨斯州和2012-2013年的澳大利亚,其特点是时间长,波及范围大,影响属于灾难性的。事件归属研究旨在确定这种极端事件的驱动因素,并确定人类对气候影响在多大程度上可以改变极端天气发生的可能性。在本文重点研究西经10度到东经40度,北纬30至50度的空间范围下,6-8月夏季气温的平均值。其中包含有预定义气候区域(pre-defined region),这指的是因2003年欧洲热浪所形成的区域。使用预定义区域有助于减小选择偏误。选定的区域主要包括热度达到顶峰的相关国家(如法国、德国和意大利)。



夏季温度时间序列以CRUTEM4观测数据集的最佳估计值组成。从图1来看,2003年的夏季气温记录在2012年被打破。虽然该地区夏天炎热不能直接归因于热浪影响(例如,2012年的热浪影响不如2003年),但是随着气候变暖,夏季气温记录正在被打破,导因是多方面的。本文使用2003 - 2012年近十年的数据和二十世纪以来天气变化的估计数据。数据表明,近十年的气温比1990年代提升了0.81开氏度,表明夏季温度不断突破高值。

本文采用气候模拟实验,包括所有历史性外部气候强制(ALL)和单独的天然强制(NAT)模拟气候估计值,形成七个模型,每个模型为每个实验提供至少3个模拟,和500多个长年非强制气候的控制模拟。我们使用提供NAT模拟的所有模型延伸到2012年,最终得到43个全部模拟,33个NAT模拟和6000多个按年份进行的控制气候的模拟。从图一可见,近几十年温度升高现象仅仅发生在人类对气候影响的模拟中(注明:红线变化)。



本文还采用最佳指纹法(optimal fingerprinting),这是广泛应用于气候变化检测和归因研究中的广义多元回归方法。通过该方法分开观测人为因素和自然因素两种对夏季气温的影响。本文进行了两次分析:第一次在1990—1999年,第二次在2003—2012年。然后通过提取近十年的缩放时间序列,得出1990—1999年和2003—2012年期间有无人类影响的气候响应的观测约束估计,将这些估计与来自控制模拟的未强制的年度温度变化相结合,以构建具有/不具有人为效应的区域夏季温度的分布(图2c)。图上表明,极端炎热天气发生可能性明显增加,以前用于定义地区夏季热浪的温度异常阈值(1.6开氏度)已经从温暖分布的尾巴位置变为中心位置;2003年夏季观测到的极端异常值(2.3开氏度)超出了事件发生时的预期温度分布,甚至远离自然气候的分布。这表明虽然人为影响力增加了极端炎热天气的可能性,但在2003年欧洲热浪仍被认为是非常罕见的现象。另一方面,目前预期的温度分布已经包括2.3开氏度,即使目前处在分布的尾巴位置,但这也表明,尽管像2003年这样的高温是罕见的,但却更有可能再度发生。


使用特殊的采样技术bootstrap resampling technique估算气候变化的不确定性,结果总结在表1。当原始阈值为1.6开氏度时,在前后对比的两个十年间,极端炎热夏季的再发时间从52年缩短到5年,周期足足减少了十倍。当没有考虑人类影响的时候,超过阈值的可能性非常小。当以2.3开氏度的观测温度作为阈值时,超过阈值的可能性自事件发生以来急剧增加,再发时间已从数千年减少至数百年(最佳估计为127年)。总而言之,极端炎热夏季的出现周期在急剧缩减。

本文使用一组模型模拟检查参考区域的夏季温度分布在未来几十年内可能的变化情况。使用不同的代表性气温路径(RCP:representative concentration pathways)进行CMIP5模型实验。使用正态分布作为未来温度变化的简单说明。除了在RCP=2.6的情况下,我们发现随着时间的推移,温度分布随温度升高而发生明显转变。所有RCPs表明,到二十一世纪四十年代,像2003年那般炎热的夏天将成为普遍现象。具有最强人为影响的RCP(RCP=6.0和RCP=8.5)表明2003年的夏天反而会成为本世纪内较为“冷”的极端炎热事件。根据研究,欧洲极端炎热夏季的发生频率严重受到人类行为的影响。随着夏季气温呈上升趋势,欧洲极端炎热夏季在未来几十年将更加显现。因此,提高全体社会对热浪的抵御能力成为了一大挑战。

参考文献:Nikolaos Christidis, Gareth S. Jones 和 Peter A. Stott. Dramatically increasing chance of extremely hot summers since the 2003 European heatwave. Nature Climate Change.2014.1-5

※ 本文源自微信订阅号【社论前沿】(ID:shelunqianyan),文献整理:叶宸辰。原文链接请点击本行文字,转载敬请直接联系原出处。

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