極地渦漩與全球暖化

d6d23728-75d3-4afc-9174-5354518b0906_hank_cain_weather

美國受歷來最強寒潮影響,多個城市氣溫打破最低記錄,氣象學家認為是受「極地渦旋」(polar vortex)影響。究竟甚麼是極地渦旋?

極地渦旋是長期存在於兩極對流層中層至平流層的低氣壓系統,一般分為數個中心,分佈於不同經度,每個系統直徑不超過1000公里。極地渦旋在冬季增強,在夏季減弱,當極地渦旋增強並向南擴展時,冷空氣便會迅速南下影響中緯度地區。今次美國出現的寒潮,就是北美洲的極地渦旋異常增強引起。在極地渦旋南面是西風帶地區,兩者交界處常常出現高空急流(jet stream),風力特別強勁,風速往往達每小時200公里以上。

這次寒潮,美國部分地區氣溫創歷史新低,例如紐約市跌至攝氏(下同)-26度,芝加哥跌至-32度,等同加拿大地區嚴冬時的氣溫。大雪令路面變得濕滑,能見度嚴重受阻,學校停課,政府呼籲市民如非必要切勿外出。

由於低溫及大風加強了冷凍效果,皮膚暴露於空氣中短時間便會被凍傷甚至壞死,美國政府將低溫及大風下的體感溫度定義為風寒指數(wind chill)。當風寒指數低於-30度時,就要採取措施預防凍傷。今次寒潮侵襲美國,蒙大拿州的柯莫鎮一度出現-53度的風寒指數,可以用非常危險來形容。不過在香港,由於氣溫多數高於0度,風寒指數一般在-10度以上,只要多穿衣服及注意頭部及四肢保暖,問題不會太大。

風寒指數(圖片來源:Wikipedia)

除北美洲外,極地渦旋亦存在於亞洲西伯利亞地區。當極地渦旋增強時,西風帶就會出現擾動,形成本欄早前提及的「西風槽」,造成寒潮爆發。目前未有跡象顯示亞洲地區會有類似的極地渦旋異常增強現象,事實上,在美國出現嚴寒天氣的同時,澳洲卻出現異常高溫現象。在全球暖化的背景下,極端天氣仍會在世界各地不斷出現。

fdceb2fe-86c0-4c57-af82-b94ceb93a198_RTX176R1

據英國《太陽報》報導指出,此次尼加拉大瀑布凍結成冰,是有文獻記載以來的第7次。從中西部至東北部地區居民即將進入另一波抗寒作戰之際,最新研究指出,受到全球暖化的影響,全球在未來幾十年,出現強烈聖嬰現象伴隨的極端氣候,頻率可能會加倍。

暖化激化聖嬰–極端氣候成常態
依據「自然氣候變遷」(Nature Climate Change)期刊18日公布的最新研究,澳洲聯邦科學暨工業研究組織(CSIRO)華裔海洋與大氣學家蔡文居(Wenju Cai)表示,類似1982年至1983年,以及1997年至1989年的最強烈聖嬰現象,預測在本世紀結束前,將會每隔十年出現一次。

蔡文居指出,過去100年「極端」聖嬰現象出現的頻率,每隔20年僅一次。

該研究並指出,由聖嬰現象助長的極端氣候,例如澳洲的旱災和野火、南非的洪災,以及美國西岸的強烈暴雨,將會更經常出現。

共同完成該研究的國家海洋暨大氣管理局(NOAA)專家麥克法頓(Mike McPhaden)表示:「全球暖化將如何改變極端聖嬰現象頻率的問題,在過去逾20年一直讓科學家備受挑戰,而這項研究是首次全面檢視該問題,以獲得有力和可信的結果。」

自然氣候變遷期刊在去年曾發表的另一項研究也指出,目前聖嬰現象已比過去50年更頻繁。

Read more: 世界新聞網-北美華文新聞、華商資訊 – 暖化激化 聖嬰 極端氣候成常態

近期,美國遭遇20年來最寒冷天氣。 此外,近10年來測量到的氣候數據也顯示,全球變暖的步伐似乎確實有所放緩。 可是,這一切的原因何在? 這是否意味著,我們不必再擔心全球變暖了? 《新科學家》上近期刊出了一篇封面文章,對氣候變暖放緩進行了深入了探討。

(文/ Michael Le Page)你如果閱讀過近期的論文,大概會產生這樣一種印象:全球氣候變暖並未像預期那樣發展。

大部分主流媒體的言辭還算謹慎,指出變暖趨勢近期明顯的停滯可能只是暫時現象,但一些小報已經在暗示,事情沒有那麼簡單。 “溫室氣體排放造成的氣溫升高,可能不如人們一度認為的那樣劇烈,”一家雜誌如此宣稱。

怎麼回事? 全球變暖近幾年真的變慢甚至停止了嗎? 如果是真的,為什麼? 這是否意味著,世界變暖的幅度不會像先前預期的那樣大了?

全球變暖停止的論調並不新鮮,其中大部分經不起仔細推敲,但是最近的說法似乎有些不同。 這一次是氣候學家自己在談論放緩——過去幾個月裡面,他們甚至已經開始發表與此相關的論文了。

過去的10年再次成為有記錄以來最熱的10年——這一點沒有爭議。 然而,這一時期地球表面平均溫度的升幅卻比更早的幾十年裡慢得多。 從1998年至2012年,變暖速率為每10年0.04℃,這比1951年以來的平均每10年0.11℃明顯低很多。

從過去幾十年的表面溫度記錄來看,全球氣溫的爬升似乎確實放緩了。 圖片來源:《新科學家》

不過,這並不意味著氣候變化已經停止,就好像20世紀90年代的迅速升溫並不意味著氣候變化在加速一樣。 事實上,這種步調的時快時慢有一條標準解釋:自然變率。

由於風和洋流的變化,加上火山爆發等自然現象的影響,地球表面的溫度總是在起起落落。這種變化性很容易掩蓋內在的變暖趨勢。 從觀測到的表面溫度數據中剔除已知的自然變率成分,你就能觀察到一個穩定得多的變暖趨勢。

然而,輕易地將最近表面升溫趨勢的放緩歸咎於自然變率,並不能令那些真心懷疑全球變暖的人滿意。 他們也許會問,我們如何才能確信,表面溫度平台期的起因是自然變率對內在變暖趨勢的遮蔽,而不是變暖實際上已經放緩甚至停止了呢?

要想得出上述問題的答案,考慮熱能要比考慮溫度更有幫助。 上個世紀地球變暖是因為溫室氣體水平升高,就像是給地球多蓋了幾層毯子,減少了熱量在大氣層頂部的流失。

從熱量的角度來考慮,地球表面溫度近期升勢趨緩有3個可能的原因。 第一個原因是太陽正在變得暗淡,這意味著到達地球的熱量在減少。 太陽的熱量輸出有一個11年的漲落週期,索賀太陽和日球層探測器(SOHO)等航天器的觀測表明,近期太陽的熱量輸出確實格外地低。

第二個可能原因是,從大氣頂層逃逸的熱量多於往常。 這有可能是大氣中硫氣溶膠含量增加造成的。 這些氣溶膠不會阻擋太陽光照進我們的大氣,卻將更多太陽熱輻射反射回太空。 硫氣溶膠可能源自火山噴發——這是自然變率的一大因素——也可由煤炭燃燒等人類活動產生。 毫無疑問,過去10年里二氧化硫含量升高了,這主要是幾次小規模火山噴發的結果。

最後一種可能性是,地球仍在獲得額外的熱量,但是其中更多的部分在低層大氣以外的地方找到了歸宿,而我們關注的就只有低層大氣的溫度而已。 最明顯的疑犯便是海洋。 地球表面超過70%的面積被水覆蓋,這種物質有著巨大的吸熱能力:若要升溫1℃,水需要的熱量大約是同體積空氣的3000倍。

全球氣候變暖還未達極點,而海洋似乎正在替我們分憂。 圖片來源:《新科學家》

觀測表明,地球自1971年以來獲得的額外熱能中,有高達94%最終進入了海洋,另外4%被陸地和冰吸收。 因此1971年以來,全部的表面升溫只是區區2%的熱量造成的。 如果進入海洋的熱量略高於往常,由於水巨大的吸熱能力,海洋溫度只會受到些許影響,大氣溫度卻會遭受巨大衝擊。 數項研究表明,最近海洋確實吸收了超過往常的熱量。

原因何在? 熱量每時每刻都在海洋和大氣之間來回流轉——這是自然變率的主要原因。 遼闊的太平洋上發生的事情產生的影響最為深遠。 在一種稱為厄爾尼諾的現像中,東風使熱水分佈到太平洋大部分赤道地區的表層,由此散逸到空氣中的熱量使整個地球表面變暖。1998年出現了一次格外強烈的厄爾尼諾現象,所以那年才會那麼溫暖。

與之相反的拉尼娜現像中,西風把上湧的冷水散佈到海洋表層,太平洋赤道地區吸收的熱量使整個星球冷卻下來。 近期出現了很多次拉尼娜現象。 美國加利福尼亞州圣迭戈市斯克里普斯海洋學研究所的謝尚平(Shang-Ping Xie)說:“最近15年都沒有出現過大的厄爾尼諾現象了,但有過幾次歷時長久的拉尼娜現象。”謝尚平2013年8月發表的一項模型研究表明,單此一項便足以解釋表面升溫趨勢變緩(參見《自然》,第501卷,403頁)。

不管原因是什麼,觀測表明進入海洋的熱量多於往常,尤其是深海(參見《地球物理研究通訊》,第40卷,1754頁)。 這項研究的作者、美國科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心的凱文·特倫伯思(Kevin Trenberth)說,“海洋的深層在變暖。”因此,包括特倫伯思和謝尚平在內的一些研究者認為,放緩主要是海洋造成的。

地球接受到的額外的熱量,大都進入了海洋。 圖片來源:《新科學家》

未知的海洋

上述結論並沒有令每個人都信服。 檢測海洋溫度的Argo探測器網絡直到2007年才部署完畢,所以儘管我們非常了解海洋中現在有多少熱量,卻很難確定過去熱量變化的幅度。 關於氣溶膠的影響等問題,我們也難有定論,這就留下了爭議的空間。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在最近的報告中表述的主流觀點是,表面升溫趨勢放緩大約有一半是海洋造成的,另一半則與太陽和增加的火山氣溶膠有關。 “這是三四個因素的共同作用,”美國宇航局戈達德空間研究所的加文·施密特(Gavin Schmidt)贊同這一觀點。 但他並不確信海洋是因素之一。 施密特說,海洋一直在持續吸收熱量,但是我們無法確定它們吸收得比正常情況要快。

他懷疑,中國猛增的氣溶膠排放促成了放緩。 德國漢堡市馬普學會氣象學研究所的約赫姆·馬洛茨基(Jochem Marotzke)回應說,這樣的可能性無法排除,但是沒有證據。 他參與編寫了IPCC最新報告中相關的部分內容。

儘管放緩的確切原因還懸而不決,大局如何卻無人懷疑。 觀測表明,海平面正以前所未有的速度抬升,平均每年大約3毫米。 其中至少1毫米是由海水升溫時的膨脹造成的,這說明除了測量到的水溫以外,海水還在吸收更多的熱量。 其餘的海平面抬升則是因為陸基冰川的消融。

海平面正以前所未有的速度抬升,平均每年大約3毫米。 圖片來源:《新科學家》

所以說,如果你以大氣、陸地和海洋包含的全部熱量為依據定義全球變暖——這正是大多數科學家的定義方式——那麼根本就沒有出現間歇期。 “全球變暖沒有停止,”馬洛茨基說,“海冰仍舊在融化,海洋還在吸收熱量,海平面依然在抬升。”事實上,特倫伯思認為,這一過程或許已經加劇了。

遲來的後果

那麼,接下來會發生什麼? 放緩是否意味著全球變暖並不像我們曾經以為的那樣可怕? 表面升溫不如以前快,這確實是條好消息。 放緩的因素之一是來自太陽的熱量在減少,或者被氣溶膠反射回太空的熱量在增加。 就這一點來說,我們撞到了好運。 那部分熱量一去不復返了。

海洋吸熱的增加則令我們喜憂參半。 海洋吸收的熱量大部分會留在海洋。 這部分熱量不會加熱大氣(好),但它會通過熱膨脹促進海平面抬升(不好),而且意味著海洋未來吸收的熱量將減少(糟糕)。

今日進入海洋的部分熱量,有朝一日會回到大氣層,造成迅速的表面升溫(非常糟糕)。“這些熱量中有一部分會流失,”特倫伯思說,“還有一部分會在下次厄爾尼諾現像中捲土重來。”

關鍵問題在於,什麼時候? 施密特和其他一些專家認為低層大氣的升溫會很快加速,但沒辦法確認這一點。 從太陽輸出到厄爾尼諾,造成自然變率的大部分因素都無法被可靠預測。 但是特倫伯思認為,一種叫做太平洋十年濤動的海洋狀況長期變化,在其中起著重要的影響。 特倫伯思說,每過二三十年,這種現象因循風的變化就會反轉一次,如果過去的經驗尚可藉鑑,那麼濤動的相位將在未年5到10年內轉變。 倘若情況真如他所言,放緩將就此終止。

還有另一種可能:海洋吸熱的增加也許是我們改造地球的結果。 比如說,海洋上空的風速已經提高了。 理論上講,更快的風速會推動更加強大的垂直洋流,由此將更多熱量推入深海。 如果是這樣,放緩可能會持續很多年,甚至幾十年。

火山爆發之類的不可預知事件能夠在短期內改變氣候變化的速率。 圖片來源:《新科學家》

假設上述說法不正確,也就是說表面升溫會很快加速,那麼地球會溫暖到什麼程度呢? 估算所謂“氣候敏感度”(即二氧化碳水平升高會造成地球表面升溫多少)的一種方法,就是——以古推今,計算截止目前這二者的相關程度。 由於過去15年里二氧化碳水平飆升,氣溫卻僅僅升高了些許,根據最新數據計算得到的氣候敏感度,略低於10年前的計算結果。

氣候懷疑論者抓住了這一點,但是還有許多理由讓他們還激動不起來。 首先,如果低層大氣真的在接下來的幾十年裡迅速升溫,這些估算值將不得不再被調高。 況且,其他估算氣候敏感度的方法,比如研究更早時期的氣候變化或者使用模型模擬,仍然得出了較高的數值。

最起碼,全球變暖停止或者暫停的說法,是有誤導性的。 世界表面的升溫在過去10年不如之前那麼快,這是個好消息。 然而我們依然見證了可怕的極端天氣,從美國科羅拉多州前所未有的大雨、澳大利亞創紀錄的高溫,到威力巨大的颱風海燕。 一直以來熱量仍舊在湧向海洋。 所有證據都表明,大氣的升溫會很快再次加速,而且有可能非常猛烈。

編譯自: 《新科學家》, Climate slowdown: The world won’t stop warming

擴展閱讀

變暖放緩了多少?

地球的表面現在比1951年溫暖0.6℃多一點。 這段時間內變暖的步伐明顯有急有緩:20世紀80年代開始加速,到90年代達到每10年升溫0.28℃,進入21世紀頭10年卻跌落到每10年0.09℃。

所以說,地球的升溫不如以前快了。 不過,如果你採取不同的方式計算升溫趨勢,得出的具體結果又會大相徑庭。 如果選擇非常炎熱的1998年作為起始,放緩看上去就非常顯著:從1998年至2012年的變暖速率僅有每10年0.04℃。 如果這個速率持續下去,到2100年,地球表面的溫度只會比1950年高1℃,遠低於“危險值”2℃。

但是,這些數據是根據英國哈德萊中心彙編的全球表面溫度記錄計算出來的。 該中心的記錄並未涵蓋地球上變暖最為迅猛的地區——南極,因為對那裡的觀測還極少。 以離南極最近的氣象站觀測結果為依據,美國宇航局推測出的南極溫度記錄表明,從1998年至2012年,變暖速率為每10年0.07℃。 而根據英國約克大學凱文·寇坦(Kevin Cowtan)發表於2013年11月的一項研究,那段時間的變暖速率為每10年0.12℃。 如果他的結果沒錯,從20世紀90年代的每10年0.18℃到21世紀頭10年的每10年0.16℃,變暖步伐僅僅變慢了些許——仍將使我們在2100年面臨超過2℃危險線的增溫。

寇坦的研究結果很可能並非最終結論。 衛星是在遠離地面的高空測量溫度,因此推斷表面溫度實在困難。 但不管精確的數字到底是多少,我們都有充分的理由認為,變暖不光會繼續,還會在這個世紀內急劇加速。

Argo網絡正在監測全球深達2000米的海洋中的溫度和鹽度數據。 圖片來源:《新科學家》。

模型為什麼沒有預測出放緩?

預測不僅僅是非常困難而已,有時候根本是不可能的。 過去10年裡表面變暖的減速似乎與多個因素有關,包括太平洋上幾次涼爽的拉尼娜現象、太陽格外低的輸出和增多的火山噴發。 這幾類自然事件都無法被可靠預測。

也許這就不難解釋,為什麼對最新模型的114次運行,僅有3次在1998年至2012年間得出了符合觀測的升溫放緩趨勢。 模型無法預測短期趨勢的原因,不是它們沒有考慮自然變率——它們確實考慮了。 氣候模型的每次單獨運行都會計算出劇烈的起伏,經常在長期趨勢為明顯變暖的背景下,得出10年甚至更長一段時間內表面溫度幾乎不升高甚至降低的結果——這跟我們今天見到的情況一模一樣。

問題就在於,每次運行模型時,自然事件的時間和規模設定都不同於現實世界。 比如在模型的一次運行中,1998年可能發生了一次拉尼娜現象。 若在其他情況下,這也許無關緊要,但現實世界中的1998年發生了一次格外強烈的厄爾尼諾現象。

可是,如果不讓系統自行模擬拉尼娜和厄爾尼諾現象,而是由人來告訴模型這兩種現象何時發生,結果又會如何? 美國加利福尼亞州圣迭戈市斯克里普斯海洋學研究所的謝尚平和小坂優(Yu Kosaka)最近做了首次這樣的嘗試。 他們把太平洋赤道地區洋面溫度的記錄值輸入了模型。 這一“歷史”模型對1950年以來全球表面觀測溫度的重現,與現實非常接近(參見《自然》雜誌,第501卷,403頁)。

該模型甚至重現了變暖放緩的很多區域和季節特徵。 這種與現實高度吻合的結果是在模型甚至沒有考慮2005年之後的火山噴發以及最近太陽低水平能量輸出的情況下得出的。 謝尚平說:“我認為這一切說明,對於目前的放緩階段而言,太平洋(表層)的冷卻是主要因素。”

自然變率不可預知的本性意味著,氣候模型也許永遠不善於預測未來5至10年的情況(儘管一些團隊在嘗試修正它們以達到上述目的)。 重要的一點是,預測世界在接下來的1到3個世紀內將變暖多少時,短期自然變率其實無關緊要。 因此模型沒能預測出放緩這一事實,並不足以成為質疑其長期預測的理由。 可以這樣想:我們能夠確定下一個冬天會比夏天冷許多,哪怕我們說不出氣溫每天都是如何變化的。

太陽活動非氣候變化主因

2013年12月底,愛丁堡大學的科學家展開的研究表明,太陽活動對於地球氣溫影響極小。他們通過比較歷史溫度記錄與計算機氣候模型得出了上述結論。 歷史上太陽活動的重大與細微變化都被納入了氣候模型中。

這項研究驗證了北半球過去1000年內氣候變化的原因,發現在1800年之前,推動氣候週期性變化的主要因素是火山噴發。 1900年之後氣候變化的主要原因變成了溫室氣體。 太陽活動水平降低對於地球氣溫並無太大影響。

這一發現推翻了過去較長時期內偏暖或偏冷天氣可能與太陽活動的周期性波動有關的觀點。這將加深科學家對於氣候變遷的理解,並有助於對未來氣候的預測。

http://www.guokr.com/article/437858/

廣告

發表迴響

在下方填入你的資料或按右方圖示以社群網站登入:

WordPress.com Logo

您的留言將使用 WordPress.com 帳號。 登出 / 變更 )

Twitter picture

您的留言將使用 Twitter 帳號。 登出 / 變更 )

Facebook照片

您的留言將使用 Facebook 帳號。 登出 / 變更 )

Google+ photo

您的留言將使用 Google+ 帳號。 登出 / 變更 )

連結到 %s

%d 位部落客按了讚: