《南极海冰模型在下一次IPCC报告中的改进》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2020-06-28
  • 气候模式在模拟世界时是非常复杂的,需要大量的工作协调才能产生。模型依靠大量不同的输入才能对未来世界进行模拟,并在某些情况下,模式中数百万行的代码需要几天或几周的时间来运行,因此气候模式的工作量非常大。建立这些模型可能非常具有挑战性,但理解气候变化正在把我们带向何方是非常重要的。在气候发生变化时,我们可能需要做些什么,这对我们来说至关重要。华盛顿大学的一项研究评估了40个最近的气候模型,模拟的重点是南极附近的海冰——形成于海洋表面的相对较薄的一层冰。这些气候模型都预测在不同的温室气体排放情景下,21世纪南极海冰的空中覆盖率将下降,但不同排放情景下的损失量差异很大。相比于北极海冰,南极海冰的研究对科研工作者来说相当棘手。
    因为南极的测量数据很少,从而导致很难理解最近通过卫星观测到的海冰变化。这些模型被称为耦合气候模型,这意味着它们结合了大气、海洋、陆地和海冰模型来预测气候系统未来的发展变化。我们都熟悉北极即将无冰,以及对全球贸易可能产生的影响。但南极海冰周围的变化和未来的预期还不太清楚。
    这项研究是首次在新的气候模式中对南极海冰进行评估。南极地区的特点是极端,那里有最高的风、最大的冰川和最快的洋流,掌握南极海冰的状况至关重要,南极海冰每年生长和收缩约6倍。从这个角度来看,这一地区的面积大致相当于俄罗斯。地球上的冰,即所谓的冰层,对调节全球气候有着巨大的影响。通过改进对南极海冰模型的模拟,科学家们可以增加对全球气候系统的了解,比如它将如何随时间而变化。更好的海冰模型也揭示了南极洲周围南大洋的动态变化,南极洲是我们南半球的主要组成部分。
    相关论文链接: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL086729
    (郭亚茹 编译; 张灿影 审校)

  • 原文来源:https://environment.uw.edu/news/2020/05/antarctic-sea-ice-models-improve-for-the-next-ipcc-uw-study-shows/
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    • 尽管全球变暖和北极海冰消失,但自1979年以来南极海冰范围基本保持不变。不过,基于现有的气候模型模拟认为海冰明显消失,这与实际观察结果相反。德国阿尔弗雷德•魏格纳研究所(Alfred Wegener Institute,AWI)专家认为,海洋可能会削弱南极洲周围的变暖并延迟海冰消退。许多模型无法准确反映这一因素和海洋涡流的作用,不过AWI专家发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究成果能够为改进南极未来发展模拟和预测提供基础。 全球变暖加速,世界各地都能感受到其所带来的影响。气候变化对北极的影响尤其明显。自1979年卫星观测开始以来,面对全球气温上升,海冰已大幅减少。根据最新模拟,北极可能在2050年之前的夏季持续无冰,甚至会在2030年之前的某些年份出现。 然而南极洲的海冰似乎避开了全球变暖的趋势。自2010年以来,年际波动比上一时期更大。不过,除了2016年至2019年出现显着负偏移外,自1979年以来,南极大陆周围的长期平均海冰覆盖率一直保持稳定。因此,实际观测与大多数科学模拟不匹配,模拟显示在同一时期显示出显著的海冰损失。 这种所谓的南极海冰悖论已经困扰了科学界一段时间,目前的模型还不能正确描述南极海冰的行为,似乎缺少一些关键要素。这也解释了为什么政府间气候变化专门委员会(IPCC)得出结论,基于模型的未来南极海冰预测的可信度很低。相比之下,这些模型在北极已经非常可靠,以至于IPCC对其预测的置信度很高。 AWI的这项研究为更加可靠的预测南极洲未来提供基础。在研究过程中,该团队应用了AWI气候模型(AWI-CM)。与其他气候模型不同,AWI-CM可以更详细地模拟南大洋等某些关键区域,以高分辨率进行模拟。因此,也可以直接包括由直径为10至20公里的较小海洋涡流引起的海洋混合过程。AWI的研究为南极海冰行为不遵循全球变暖趋势提供了一个潜在的解释。海冰覆盖稳定性可能有很多原因。目前正在讨论的理论是来自南极的额外融水通过屏蔽冷的表层水和暖的深层水,稳定了水柱,从而也稳定了冰层。根据另一种理论,主要原因可能是吹在南极周围的西风在气候变化下一直在加强。这些风基本上可以像薄薄的比萨饼面团一样将冰块铺开,使其覆盖更大的面积。在这种情况下,冰量可能已经在下降,而被冰覆盖的区域会给人一种稳定的假象。 AWI的研究工作现在使海洋涡流成为焦点。这些漩涡在抑制和延缓气候变化对南大洋的影响方面起着决定性的作用,使海洋能够将从大气中吸收的额外热量向北输送到赤道。这种向北的热量输送与海洋上层约1000米的翻转环流密切相关,在南大洋,翻转环流一方面由风驱动,另一方面也受到涡流的影响。虽然由于更强的西风,环流的北向成分正在增长,但低分辨率气候模型中的简化涡流似乎常常通过向南极洲的南向成分来过度补偿这一因素;高分辨率模型中明确模拟的涡流显示出更中性的行为。综上所述,在高分辨率模型中可以看到热传输的更明显的北向变化。因此,南极周围的海洋变暖更慢,冰盖保持稳定的时间更长。 AWI的Rackow教授认为,他们的研究支持这样一个假设,即只要气候模型和南极海冰的预测能够真实地模拟高分辨率的海洋,并考虑海洋涡流,它们就会可靠得多。由于并行超级计算机的性能在不断提升,加上更有效的新模型,下一代气候模型应该使这成为一项常规任务。(傅圆圆  编译)
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