研究使用了45个CMIP6(第六次国际耦合模式比较计划)模式数据,构建了391组实验,以模拟CO2浓度变化对全球气温的影响。实验结果显示,在CO2浓度对称变化的情况下,即使CO2浓度最终恢复到初始水平,全球地表气温也无法完全回到初始状态,显示出明显的非对称性。
(1)CMIP6数据。基于CMIP6试验结果对EBMs参数进行校准和性能评估。包括:①工业化前控制试验;②CO2 4倍突增试验;③1%CO2试验;④1%CO2移除试验。
(2)EBMs 及其参数校准。采用两层EBMs研究ΔT对CO2浓度变化的非对称响应。
(3)EBMs试验。为了评估EBMs 的性能和参数的影响贡献,本文进行了以下模拟试验:①CO2 4倍突增重建试验;②CO2缓变试验;③单参数敏感性试验。
(1)平衡气候响应(ECS):ECS越大,表示气候系统对CO2浓度变化的响应越敏感。研究发现,较高的ECS会导致CO2浓度下降后,全球气温下降速度更快。
CMIP6 模式和能量平衡模式(EBMs)中ΔT的演变
能量平衡模式(EBMs)与对应CMIP6 模式中全球平均地表气温变化(ΔT)和非对称性的散点图
ΔT达峰时间(a)和达峰后的下降速度(b)影响非对称性的示意图
深海热容量(C0)变化时能量平衡模式(EBMs)中的ΔT峰值后的下降趋势(a)和峰值年份(b)的散点图
深海热容量(C0)变化时能量平衡模式(EBMs)的全球平均温度和能量通量时间序列
(3)海表—深海热传输系数:海表—深海热传输系数:该系数越大,表示海表与深海的热量传输效率越高,在CO2浓度下降阶段深海对海表的热量补偿越迅速,全球气温下降速度越慢。
海表—深海热传输系数(γ)变化时能量平衡模式(EBMs)的全球平均温度变化和能量通量时间序列
(a)全球平均地表气温变化(ΔT);(b)深层海洋温度异常(ΔT0);(c)地表与深层海洋间的温差(ΔT-ΔT0);(d)有效辐射强迫(F);(e)气候反馈(-λΔT);(f)地表向深海的能量损失(-εH);(g)地表净能量[Cd(ΔT)/dt];曲线的颜色从浅到深表示γ 由小变大;这些结果是在单参数敏感性模拟中产生的,其中γ 变化其他参数固定
第161~280 年平均的各项随时间的导数
在开展碳移除后,模式预估的ΔT 演变会呈现出一定的非对称性,同时该非对称性存在一定的不确定性范围。未来在实现巴黎协定目标的过程中,如果需要对碳移除后温度的非对称性或迟滞性有更加准确的认识,则需要我们加深对气候系统的ECS、深海热容量和海表—深海热传输系数的理解。
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