人类活动影响气温年循环变化的检测归因研究

The evidence has grown that widespread changes observed in the climate system are attributable to anthropogenic influences. However, whether human influences have any impact on changes in the temperature annual cycle (AC), which is the dominant variability, and how to quantify the impact remains poorly understood. Changes in the temperature AC have widespread and significant influences on the climate system as well as its scientific research, natural ecological system and human society. Therefore, a study on the extent of human influences on changes in the temperature AC is very important. In this proposed project, we intend to start a detection and attribution study of human influences on changes in the AC of surface air temperature from global mid-to-high latitudes to typical regions by applying detection and attribution approaches and model simulations in phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). We intend to identify regions where the amplitude and phase have changed significantly over 1901-2010 and 1951-2010, and to assess the performances of CMIP6 models in simulating these changes. Within these regions, we intend further to detect and quantify the relative contributions of anthropogenic and natural forcings on changes in the amplitude and phase using the multi-models with good performances and optimal fingerprinting method. This study will enhance our understanding of human influences on climate change and improve confidence in climate model predictions.

人类活动影响气候变化的证据越来越多，但人类活动是否影响气温年循环这个主导变率的变化以及如何定量化这种影响还不是很清楚。气温年循环的变化对气候系统及其科学研究、自然生态系统和人类社会有着广泛而重要的影响。因此，研究人类活动对气温年循环变化的影响程度具有重要意义。本项目拟运用检测归因技术和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模式数据，开展人类活动影响全球中高纬到典型区域尺度上地表气温年循环的振幅和位相变化的检测归因研究：揭示1901-2010年和1951-2010年振幅和位相显著变化的典型区域，评估CMIP6模式对这些区域的振幅和位相变化的模拟能力，进而利用优选的多模式和最优指纹方法检测和定量化两个时段内人为和自然强迫对这些区域中振幅和位相变化的相对贡献。该项研究将有助于对人类活动影响气候变化的深刻理解，也有助于提高气候模式预估结果的信度。

气温年循环的变化对气候系统及其科学研究、自然生态系统和人类社会有着广泛而重要的影响。因此检测并量化人类活动对区域尺度上气温年循环变化的影响具有重要的意义。本项目首先通过观测数据分析了北半球中高纬陆地气温的年循环振幅和位相变化趋势的空间分布，揭示显著变化的典型区域；进而针对典型区域的年循环变化，开展耦合模式比较计划（CMIP）模式模拟结果的评估；并运用最优指纹检测技术进行检测归因研究，检测并量化观测到的变化中外强迫的影响，估算其中人为和自然强迫的相对贡献。发表成果中的重要结果有：1）就气温年循环振幅显著变化的典型地区—中国而言，CMIP5模式基本抓住了观测的振幅（季节性）变化；只有当包含了人类活动影响后，模拟的结果才能和观测最接近；用最优指纹技术检测出了外强迫和人类活动的影响；双信号联合检测表明，人为影响还可以和自然强迫的影响分离开；归因分析表明，外强迫贡献了观测的年循环减小趋势的66%，而人类活动贡献了年循环减小趋势的142%，自然强迫的贡献则非常小。2）除了外强迫的作用外，通过观测和四套二十世纪再分析产品的对比研究还揭示大气环流也对北半球气温年循环振幅和位相的变化和变率起了重要作用。本项目从气温年循环变化的角度开展检测归因研究，拓宽了当前国际气候变化检测归因研究的内容，有助于增加我们对人类活动影响气候变化的理解。在小到国家尺度上检测并量化出了人类活动对器测数据中的气温年循环变化的影响。在这种小区域尺度上的检测归因是很困难的，仍然检测出了人类活动的影响，表明人类活动影响的信号已经很强。这对气候系统、自然生态系统和人类社会有广泛的意义。