地球气候系统内部自然变率对全球变暖“停滞”的相对贡献率

Although the greenhouse gas concentration has been continuously increasing since 2000s, the global mean surface temperature shows an unexpected slowdown, which is referred to as the global warming hiatus. The hiatus has become a forefront question for the climate community. As for its mechanism, natural climate variability has been attributed to the recent hiatus, overwhelming the contribution of external forcing. Previous research seeks for the key region, where the climate variability can lead to suface cooling and associated heat uptake from the surface.However, these research overlooks the global impact of climate variability, i.e. the changes in regions beyond the key region also contribute the global mean surface temperature. Given that the hiatus is identified by global mean surface temperature, this project will analyse multi-model simualtions from CMIP5 pre-industrial, historical and RCP8.5 future senarios to quantify the individual contributions of natural climate variability to the recent global warming hiatus from the perspective of global spatial temperature pattern and associated vertical heat redistribution. The implementation of this project will give a deep insight into the importance of natural climate variabilty and diagnose the mechanism for this recent global warming hiatus.

进入21世纪以来温室气体浓度持续增加，但是全球平均表面温度升温趋势减缓甚至变冷，被称为全球变暖“停滞”现象。该现象的发现迅速成为国际气候研究领域最前沿的热点问题。就其产生机制而言，目前学界普遍接受地球气候系统内部自然变率是导致这次全球变暖“停滞”事件的主要原因。然而前人的研究多是强调气候模态在某个区域的降温和热量向深层传输对全球平均表面温度升温减缓的影响，忽略了气候模态在其他区域的影响。鉴于全球变暖“停滞”现象是基于全球平均表面温度这一整体指标进行辨识，本项目拟利用CMIP5在工业革命前、历史气候模拟和RCP8.5未来情景试验的多模式资料，从这些模态在全球范围内造成的表面温度空间分布和相应的全球热量垂向再分配这两个方面，量化其对全球平均表面温度的相对贡献率。该项目的完成能够深刻理解地球气候系统内部自然变率在复杂地球气候系统中的重要性并用来诊断最近这次全球变暖“停滞”的形成原因。

最近发生的全球变暖“停滞”事件对已有温室气体浓度持续升高导致全球变暖这一共识产生了极大的挑战。因此，全球变暖“停滞”现象辨识和机理研究迅速成为国际气候研究领域最前沿的热点问题。本项目基于观测资料、再分析资料、和CMIP5/6多模式多情景数值模拟，借助多种简单海洋模式试验和CESM气候模式的起搏器试验，从地球气候系统内部自然变率在全球范围内造成的表层温度空间分布和相应的全球热量垂向再分配这两个方面量化其对全球平均温度的相对贡献，主要研究成果如下：（1）提出中高纬度欧亚大陆大气内部的随机变化形成的具有年代际尺度的冷海洋-暖大陆模态对于这次全球变暖“停滞”具有重要贡献，冷海洋-暖大陆模态与太平洋年代际振荡同步决定了这次全球变暖“停滞”，且两者具有同等的贡献。（2）揭示海洋动力过程通过调制北大西洋温跃层起伏可以对北大西洋在这次变暖“停滞”期间上层热含量进行垂向热量再分配，即绝热过程可以导致上层海洋的垂向热量再分配。本项目的研究成果能够深刻理解气候气候系统内部自然变率在复杂地球气候系统中的重要性并用来诊断最近这次全球变暖“停滞”的形成原因。