夏季還是冬季增溫更快：人類對對流層溫度季節性變化的影響

中科院青促會 周鑫

（中國科學技術大學）

評述論文：Human influence on the seasonal cycle of tropospheric temperature（Science 20 JULY 2018: Vol 361, Issue 6399）

氣象數據顯示，近百餘年來(1880-2012AD)全球平均溫度增加了約0.85oC[1]，引發了冰川融化、海平面上升、極端氣候增加等一系列環境效應[2]，受到了人們的普遍關注。很多人親身體會到了全球變暖的影響，感覺冬季沒有那麼冷了，雪也比過去少了；感覺夏季更熱了，高溫天氣也比過去多了。新聞報道中也越來越多地提到歐洲等地區熱浪的影響。這些現象涉及到了一系列讓人感興趣的問題，其中包括：過去幾十年里，到底是夏季還是冬季變暖更多？冬季和夏季之間的溫差是在增大還是減小？溫差變化在不同的區域有什麼差別？是什麼因素導致了這些現象的發生？人類在不同季節的增溫中扮演了什麼角色？

對於上述問題，過去的研究利用地表氣象站點溫度數據已經取得了一些重要認識，但是數據本身以及數據處理方法還存在進一步完善的空間，具體表現為：(1)由於長期連續觀測的氣象站點主要分布在陸地上，且站點分布不均，因此站點獲得的數據在空間上不連續；(2)溫度變化受多種因素的影響；目前雖已經有較為成熟的數據處理方法，能夠像區分指紋一樣有效區分不同因素控制的信號，然而這種方法還較少用於研究溫度的季節性變化。如果可獲得時間和空間上都連續的溫度觀測數據，再結合信號分離方法，則有望進一步理解全球溫度季節性變化特徵。

那麼，有其它什麼方法得到的溫度數據能夠代替站點數據嗎？衛星溫度數據是很好的選擇。由於氧分子的微波輻射和大氣層的溫度成正比，因此衛星能夠通過測定不同頻率通道下氧分子的微波輻射，進而獲得地球大氣不同層位(如對流層下部、中部和上部等)的溫度。衛星觀測提供了自1978年以來時間連續、具有全球覆蓋性的大氣溫度序列，雖然不同研究組獲得的結果有一定差別，這些資料是研究全球不同區域溫度季節性變化較為理想的材料。

在本期Science雜誌中，美國Lawrence Livermore國家實驗室的科研人員及其合作團隊，利用三個資料庫中38年(1979-2016年)連續的衛星大氣溫度數據，結合模擬結果，重點分析了全球不同區域的季節性溫差(最冷月和最熱月溫差)變化幅度，並探討了人類活動在其中所起的作用。雖然不同資料庫之間及其與模擬結果之間存在一定差別，研究結果總體顯示，在全球變暖背景下：(1)南北半球中緯度地區的季節性溫差增大，夏季溫度增幅比冬季大，且北半球中緯度地區季節性溫差較南半球中緯度增加更多。這一現象主要是由於北半球陸地面積較大，而全球增溫下陸地的乾旱使得更多熱量釋放到大氣中所致。(2)南北半球高緯度地區季節性溫差均減小，夏季溫度增幅比冬季小。作者認為北半球高緯季節性溫差減小可能與海冰的消融有關，而南極地區季節性溫差減小則可能與平流層臭氧的變化有關。(3)熱帶地區季節性溫差變化較小。(4)模擬和數據信號分離方法得到的結果一致，指示季節性溫度變化受人類活動的影響。

圖1.1979-2016年對流層中上部年均溫變化(左)和季節性溫差變化趨勢(右)。A-F為衛星溫度結果，G和H為模擬結果。

本文在全球變暖這一研究領域至少取得了如下兩個方面的新進展：(1)在數據選取上，巧妙地使用了衛星觀測溫度數據，解決了氣象站數據區域覆蓋不全這一問題，進而獲得了更為全面和準確的全球溫度季節性時空變化特徵。(2)長期以來，學界對於近百年來全球變暖的驅動機制有不同看法，主要有自然和人類活動驅動兩種觀點。而出現分歧的最根本原因在於，難以將數據中的自然信號和人類活動信號分離開來。本文使用了成熟的信號分離方法，結合模擬結果，認為人類活動在溫度的季節性變化中起到重要的作用，為人類活動影響全球氣候的觀點增加了一個有力的證據。

參考文獻：

1. T. F. Stocker et al., Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge Univ. Press, Cambridge/New York, 2013).

2. C. B. Field et al, Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contributionof Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge Univ. Press, Cambridge/New York, 2013).

*本文僅代表作者本人觀點，不代表Science科學雜誌及AAAS美國科學促進會觀點。

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