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IPCC第六次评估报告第一工作组报告系列解读⑦ 数据模式发展助力IPCC最新气候预估

发布时间:2021年11月18日 来源:中国气象报

专家顾问:中国科学院大学物理研究所研究员 周天军

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的第六次评估报告(AR6)显示,较1850年至1900年,亚洲地区观测到平均温度升高,已超出自然变率范畴,极端暖事件增加、极端冷事件减少的趋势在未来几十年将延续,这一结果具有高信度……报告得出的一系列结论,是基于最新的数据和方法、新一代地球/气候系统模式的发展、检测归因技术的改良以及综合观测约束等新技术的加持等,这正是报告的亮点所在。

在气候预估上有特色

相对于IPCC第五次评估报告,IPCC AR6考虑了更多的情景,特别是增加了一组新的低排放情景SSP1-1.9。在该情景下,到21世纪末全球平均气温较工业革命前的增暖幅度将低于1.5℃,但在21世纪中期会短暂地比1.5℃偏暖不超过0.1℃。

该排放情景对应的二氧化碳净零排放(碳中和)时间是2050年,这为科学界提供了一个思考空间:假如世界各国都能在本世纪中叶实现碳中和,届时的气候变化情景将会是怎样的?这个问题值得科学界持续关注。

报告还首次加入综合观测和气候敏感度最佳估计值等约束条件,对气候模式预估的温度、海平面高度和海洋热容量的变化结果进行约束,大大减少了由于模式偏差带来的预估结果的不确定性。

耦合模式比较计划提供优选方案

为IPCC AR6提供气候模拟和预估数据支撑的是第六次“耦合模式比较计划”(CMIP6)。CMIP6的试验设计受到“世界气候研究计划”(WCRP)的“大挑战”计划指导,力求通过国际合作,打破当前阻碍气候科学进步的关键壁垒,为决策者提供“可行动的信息”。

WCRP通过研讨凝练出七大迫切需要解决并有望在未来5年至10年取得显著进步的科学问题,包括冰冻圈消融及其全球影响,云、环流和气候敏感度,气候系统的碳反馈,极端天气和气候事件,粮食生产用水,区域海平面升高及其对海岸带影响,以及面向未来10年至30年的近期年代际气候预测等。

围绕这些科学问题,CMIP6在数值模拟科学试验设计中,着重回答三个科学问题:一是地球系统如何响应外强迫?二是造成当前气候模式存在系统性偏差的原因及其影响如何?三是如何在受内部气候变率、可预报性和情景不确定性影响的情况下,对未来气候变化进行评估?

“必须有助于回答三大科学问题”这一原则,贯穿于CMIP6核心科学试验的设计以及21个分主题模式比较计划的试验设计环节。其中,由我国学者主导、联合欧美学者发起的“全球季风模式比较计划”(GMMIP)被CMIP6批准,成为CMIP实施以来第一个由中国学者主持发起的子科学计划。

IPCC AR6最终发布版的数据显示,目前开展全球模拟和预估的模式研发中心或联盟的数量较以往显著增多,达到28家。最终按照要求同时完成CMIP6核心科学试验、历史气候模拟试验和情景预估试验等三组试验,并及时完成数据交汇、模式数据被IPCC AR6正式采用的模式版本有39个。

中国贡献支撑作用显著

我国有多个气候模式参与CMIP6,对IPCC AR6报告的贡献较为显著。

其中,报名参加CMIP6的中国研究机构有国家气候中心、中国气象科学研究院、中国科学院大气物理研究所、北京师范大学、清华大学、自然资源部第一海洋研究所、南京信息工程大学等。

上述研究机构提供的模式版本中,按照要求同时完成全部三组试验、数据被IPCC AR6正式采用的模式版本有9个。我国的气候模式在IPCC AR6的模式数量中占比最高,有效增加了比较计划的模式集合数量,为通过增加模式样本以减少模式不确定性和内部变率不确定性的影响做出显著贡献。

与此同时,我国在高分辨率模拟和全球碳循环模拟研究中贡献突出。国际上只有12家研究机构的高分辨率海气耦合模式结果被IPCC AR6引用,其中两家来自中国,分别是国家气候中心的气候系统模式BCC-CSM2-HR和中国科学院大气物理研究所的FGOALS-f3-H。其中,FGOALS-f3-H的大气分辨率排名第一,海洋分辨率与美国国家大气研究中心、英国气象局并列第一梯队。此外,全球只有11个地球系统模式数据被IPCC AR6的碳循环章节采用,其中包括国家气候中心的地球系统模式BCC-ESM。

(作者:宛霞 责任编辑:张林)