RCP4.5情景下全球和中国2℃变暖的预测外文翻译资料

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RCP4.5情景下全球和中国2℃变暖的预测

Zhang Ying

竺可桢-南森国际研究中心，中国科学院大气物理研究所，中国科学院北京100029，中国

中国科学院气候变化研究中心（CCRC），北京100029

2012年5月21日收到；2012年6月28日修订；于2012年7月16日接受；于2012年11月16日发表

摘要

利用耦合模式比较项目阶段5（CMIP5）中的17个模式，调查代表性浓度通道（RCP）4.5情景下、地表温度变暖2℃时全球和中国的时间和空间特征。选择“历史”试验中1860-1899年时段的模拟作为基准。多模式集合平均（MME）显示出，全球平均温度会在2047年超过2℃的阈值。在大部分模式中，变暖会在2030-2060年超过阈值。对于区域变暖，北半球高纬度地区的变暖是全球最快的。陆地变暖比海洋更快。大部分南半球海洋在21世纪末不会超过2℃的变暖阈值。在中国，地表温度变暖大体上快于全球平均。区域平均变暖会在2034年超过2℃的阈值。局地上，中国西北变暖最快，紧随其后的是中国中北部和东北部。中国中部、东部和南部是最后超过2℃阈值的。本研究也估计了模式的多样性。通常，模式间的差异随着时间增长，变暖较快的地区的模式差异更小。

关键词：地表温度，2℃阈值，RCP4.5，全球，中国

引用格式：Zhang, Y., 2012: Projections of 2.0°C warming over the globe and China under RCP4.5, Atmos. Oceanic Sci. Lett., 5, 514–520

1 引言

就像政府间气候变化专门委员会第四次评估报告（IPCC AR4）中提到的，地球气候系统的变暖是明确的。在1906-2005年期间，全球平均地表温度的变暖趋势大约是0.74℃。当对之后50年进行估计时，这个趋势几乎变成两倍（IPCC，2007a）。这种变暖已经给很多物理和生物系统带来了变化，并且影响了社会经济系统。随着全球年平均温度的增加量级不同，自然系统和人类社会的很多方面，比如淡水来源、生态系统、粮食生产和人类健康会面临很多挑战，尤其是比较薄弱的区域（IPCC，2007b）。为了避免这些和气候变化相关的负面影响，国际社会已经开始采取行动，来限制全球平均温度变暖达到一个确定的阈值。早在1996年，欧盟各国政府就接受了2.0℃（相对于工业化前水平）限制作为气候保护目标。2010年，在Cancun召开的UNFCC（联合国气候变化框架公约）气候变化会议上，与会者们同意气候变暖应该限制在2.0℃内。

很多研究都已经针对2.0℃目标展开，主要包括如何构建适应方法，来实现排放目标并估计气候变化的可能影响（Schneider和Mastrandrea, 2005；Schneider等, 2007）。Joshi等（2011）展示了到21世纪中期，在中排放情景和高排放情景下，例如SRES A1B情景和SRES A2情景（来自“排放情景特别报告”，Nakicenovic等，2000），全球平均地表温度变暖会超过2.0℃。Meinshausen等（2009）发现，将2000-2050年的累计CO2排放量限制在10000亿吨，会使21世纪变暖超过2℃的概率超过25%。如果CO2累计排放量增加到14000亿吨，那么这个概率将增加到50%。

随着全球平均温度的增加，不同地区的变暖有着很大的空间差异。为了避免气候变化的严峻影响，调查变暖的区域特征是非常重要的。Jiang和Fu（2012）表明，当全球平均温度变暖超过2.0℃时，中国平均地表温度会相对于工业化前（气候学上定义为1890-1900）增加2.7-2.9℃。在SRES B1、SRES A1B和SRES A2情景下，中国的年平均温度会分别在2072年、2049年和2053年超过2.0℃的阈值（参照1990-1999年的水平），而且通常，西北的变暖比西南更快（Jiang等2009）。

在气候预测的研究上，社会经济情景经常被用来提供似是而非的描述，比如这一系列变化在未来将会如何演变，包括社会经济变化、科学技术进步、能源和土地利用变化、温室气体排放和大气污染物。在耦合模型比较项目阶段5（CMIP5）中，新一代的社会经济情景，代表浓度路径（RCPs，Moss等，2010；Van Vuuren等，2011）已经被用于未来预测模拟。在CMIP5中，模式的发展也有很大的进步，包括更高的分辨率和更全面的组成。为了在新情景中探索地表变暖的响应，本文使用CMIP5多模式试验的结果来分析全球和中国2.0℃变暖的预测。此外，也研究了局地变暖的特征和个体模式的多样性。

2 资料和方法

本文中使用的所有资料都来自CMIP5多模式集合数据集（Taylor等，2012）。本文中的两个试验是历史试验和RCP4.5试验，采用了17个模式的结果。模式的基本信息在表1中列出。对于每个模式，只有一个实现被采用。历史试验的结果被作为基准气候，因为它的强迫基于观测的大气成分变化，这反映了认为和自然来源，包括随时间变化的土地覆盖（Taylor等，2012）。这个试验包括的时期是19世纪中期到最近。选择RCP4.5试验的结果作为未来气候的预测。RCP4.5的范围在CMIP5的四个RCP中是中等的。在RCP4.5中，在21世纪辐射强迫会平稳增加，到2100年稳定在4.5（Moss等，2010；Van Vuuren等，2011）。

基于模式结果的多样性，工业化前时期被定义为1860-1899年。本文中，除非特殊说明，变暖都是和这个参考时期相比的。历史试验中的1860-1899年时期被用来当做基准。2006-2099年的模拟作为未来气候预测。所有模式的结果都利用双线性差值方法内插到5°times;5°的网格点上。多模式集合平均（MME）是17个模式的算术平均结果。采用四分位差（IQR）标准估计单个模式的差异。这种情况下的17个样本中，IQR的计算中的第一四分位数、中位数和第三四分位数分别是第五、第九和第十三个值。当计算RCP4.5试验下2010-2095时期的IQR时，IQR的缺省值说明，至少5个模式在2010年前（或2095年后）达到了2.0℃的变暖，在2010年前（或2095年后）形成了17个样本中的第一（或第三）分位数。所有数据都通过九年滑动平均值法进行平滑处理。

3 全球2.0℃变暖

图1a表示MME和各单个模式中全球平均地表温度变化。在RCP4.5情景下，MME中超过2.0℃的变暖阈值的时间是2047年。大部分模式会在2030-3060年超过阈值。然而，GISS-E2-R 和INM-CM4模式中的变暖，在21世纪期间不过超过2.0℃。FGOALSs2模式是最先超过2.0℃变暖阈值的，这会发生在2012年。17个模式中超过阈值的中位年是2043年，IQR为34年。图1a也显示出，随着整合年份的增加，模式间的差异扩大。值得注意的是，在这些模式中有6个会在21世纪内地表温度变暖超过3.0℃，而MME在2095年表现出约2.6℃的变暖。

表1 本文中使用的模式的官方名称和建模小组

当局地变暖超过2.0℃时，全球有很大的空间差异。图1b表示，内陆地区变暖比海洋快，高纬度变暖比低纬度快，北半球变暖比南半球快。在MME中，60°N以北的地区（除格陵兰岛外）变暖最快，将在2016年超过阈值。其他地区，大部分区域会在2016-2045年之间超过2.0℃阈值。在赤道东太平洋和大部分沿海地区，超过阈值的时间在2046-2060之间。在热带和北半球的大部分其他海洋会在2061-2090之间超过2.0℃阈值。北大西洋北部区域和南半球的海洋在21世纪没有超过2.0℃阈值。

17个单个模式的年的IQR空间分布在图1b中给出。60°N以北的大部分地区和南半球海洋中有IQR的缺省值，这说明至少有5个模式变暖2.0℃的时间会早于2010年或者晚于2095年。在其他地区，超过阈值时间较晚的的地区通常有较大的IQR。北非、中东、中欧、蒙古、中国东北、格陵兰岛和南极附近0–120°E的地区，IQR是0-19年。其他陆地地区，赤道太平洋东部和北太平洋北部，IQR大多在20-39年。一些沿海地区和南亚领海、澳大利亚、南美，IQR是40-59年。此外，南极海域的IQR超过60年。

当2047年全球平均地表温度变暖超过2.0℃阈值时，每个格点上预计的局地温度变化如图2所示。关于年平均值（图2a），北极变暖最多，超过了5.0℃。格陵兰岛以及欧亚大陆和北美的高纬度地区，地表温度的增加范围是3.0-5.0℃。在大多数其他陆地区域变暖约为

图1（a）17个模式和MME中全球平均地表温度变暖的时间序列（单位：℃）；（b）MME中全球每隔格点局地变暖超过2.0℃阈值的时间（阴影）和17个模式中IQR的时间（记号）。资料采用了九年滑动平均处理（单位：℃（阴影），年（记号））。

2.0-3.0℃，包括南极、非洲、南美、欧洲和欧亚大陆中低纬度地区。大部分海洋变暖小于2.0℃。临近南极洲的南太平洋和冰岛南部的北太平洋区域变暖最少，小于1.0℃。对季节平均（图2b-e），最大的季节差异位于北极地区。通常，最大的变暖出现在冬季（北半球的十二月到二月（DJF）和南半球的六月到八月（JJA））。

在北极，DJF和SON（九月到十一月）的变暖超过6.0℃，MAM（三月到五月）为4.0-5.0℃，JJA小于2.0℃。大部分50°N以北的高纬度陆地，变暖在DJF是4.0-6.0℃，MAM为3.0-4.0℃，JJA为2.0-3.0℃，SON为3.0-5.0℃。在50°S–50°N区域的季节之间几乎没有差异，这里路基上的变暖主要是2.0-3.0℃，海洋上主要是1.0-2.0℃。南半球的高纬度地区，南极的变暖在所有季节都主要为2.0-3.0℃。此外，南极地区的海洋上，最大的变暖出现在JJA，西部变暖3.0-4.0℃而东部为2.0-3.0℃。最小的变暖出现在DJF；变暖在大部分区域小于1.0℃。

图2 全球平均地表温度超过2.0℃变暖阈值时（2047年）MME中的区域地表变暖：（a）年平均；（b）DJF平均；（c）MAM平均；（d）JJA平均；（e）SON平均（单位：℃）。

4 中国地区的2.0℃变暖

图3a表示了在MME和17个单个模式中，中国地区地表平均温度的变化。在RCP4.5情景下，中国超过2.0℃的时间是2034年，这是全球平均温度变暖1.7℃。所有17个模式都表示中国会在21世纪超过2.0℃的变暖阈值。大多数模式的变暖会在2020-2060年间超过阈值。第一个模式是FGOALS-s2，它模拟的第一次超过2.0℃是在1993年。17个模式中IQR的时间是25年。和全球平均温度的变化类似，模式间的差异随着时间增加。当中国区域平均温度在2034年超过2.0℃时，中国空间网格的局地变暖范围是1.4-2.6℃（图未给出）。值得注意的是，MME里中国的区域平均变暖会在2067年超过3.0℃。此外，17个模式中有11个显示出21世纪变暖会超过3.0℃。

图3b表示，中国局地变暖在MME中超过2.0℃阈值阈值的时间。青藏高原表现出最快的变暖，在2025年之前超过2.0℃。其次，中国西北部，包括新疆、甘肃和青海西北部，以及内蒙古西部和四川西北部会在2025-2029年变暖超过2.0℃。宁夏、陕西北部、黑龙江、河北北部和内蒙古中东部地区变暖超过2.0℃的时间为2030-2034年。内蒙古西北部地区、吉林、辽宁、山西、山东和河北南部地区会在2035-2039年期间变暖超过2.0℃。中国东部和中部的大部分地区，加上云南和四川大部分地区，2.0℃的变暖会发生在2040-2044年。广西的大部分地区会在2045-2049年超过阈值。中国东南沿海地区最有可能在2050年附近超过阈值。海南和台湾地区，2.0℃的变暖会发生在21世纪70年代早期。

对于17个模式中局地变暖超过2.0℃的年份的差异，变暖更快的地区有更小的IQR。最大的IQR位于27.5°N以南的区域，其值大于30年。IQR的范围在20-29年的地区，大部分位于新疆、辽宁、山西和30°N–35°N之间的区域。内蒙古大部分地区、中国东北部、青海、甘肃和四川北部有最小的IQR，为11-19年。海南和台湾的IQR值缺省，意味着17个模式中至少有5个没有在21世纪超过2.0℃阈值。

图3（a）17个模式和MME中，中国地表平均温度变暖的时间序列（单位：℃）；（b）17个模式中，中国IQR的时间用数字表示。资料采用九年滑动平均处理（单位：℃（阴影），年（数字））。

5 总结和讨论

参与CMIP5的17个模式的输出结果，被用来研究RCP4.5情景下全球和中国地表温度变暖2.0℃的时空特征。结果表明，MME中全球会在2047年超过2.0℃的变暖阈值，而中国在2034年超过阈值。对于单个模式，大部分模式中全球尺度上的区域平均变暖会在2030-2060年超过阈值，而中国会在2020-2060年超过阈值。陆地上的区域地表变暖比海洋更快。此外，高纬地区变暖比中低纬地区更快。对于大多数北部高纬度地区，2.0℃的变暖阈值会在2010年之前超过，大部分陆地地区会在2016-2045年超过，大部分海洋北部会在2046-2075年超过。相反，大部分南部海洋在21世纪变暖没有超过2.0℃。而中国地区，西北地区的区域地表温度变暖通常比东南地区更快。中国西北部和青藏高原会在203

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