全球气候观测系统(GCOS)发布地球系统热储量评估

发布时间:2020-09-07  |  【打印】 【关闭

  2020年9月7日,国际地学领域权威期刊《Earth System Science Data》(2019年IF:9.197)发表了题为“Heat stored in the Earth system: where does the energy go?”的国际合作论文,对地球系统能量收支进行了迄今世界最大规模的调查。该研究由全球气候观测系统(GCOS)组织,法国科学家Karina von Schuckmann牵头,联合全球29家机构、38位科学家共同完成了论文撰写。中科院海洋大科学研究中心共建单位大气物理研究所成里京副研究员作为论文的第二作者、五位总协调者之一参与该项工作。 

  全球变暖已毋庸置疑,理解和追踪全球变暖的能量分布和热储量,是全球变化研究的一个核心任务。GCOS通过协调国际主要研究机构,系统性搜集了海洋、大气、陆地、冰冻圈等热储量的数据,包括中国、美国、英国、日本等13套海洋热含量数据,英国、日本等6套大气热含量数据,2020年最新发布的全球陆地钻孔测温数据集,格陵兰和南极冰盖、山地冰川、积雪、冰川、北极海冰融化等多个成分的冰雪圈热吸收数据等。 
  成里京介绍说,“基于上述数据,新研究估算出了自1960年以来地球系统各部分的热储量。1971-2018年间,地球系统净吸收了358*1022焦耳热量,折合地球表面每平方米吸热速率为0.47瓦特,相当于过去50年地球每一秒钟爆炸4颗原子弹的能量(图1)。这些热量的89%储存在海洋中,6%作用于陆地升温,4%作用于融化海冰、冰川和冰盖,1%加热了大气(图2)。” 
图1 1960年以来地球系统各部分热储量变化。灰色虚线为2倍标准差置信区间,红色线为大气层顶观测到的地球系统能量摄入
  新研究中陆地储热和融化冰雪的能量显著高于2013年IPCC第五次评估报告的结果(IPCC-AR5中估算的1971-2010年间陆地储热仅占全部能量的2%、融化冰雪的能量为2%),这是由于新数据更为准确,同时近些年陆地加速增暖、冰冻圈加速融化等因素共同导致。海洋热存储较IPCC-AR5(93%)减小,主要因为陆地和冰雪圈的贡献增加,而且新研究仅考虑了部分海洋内的热量变化(60°S–60°N范围内的水深超过300米的海区)。
  地球系统能量失衡(Earth’s energy imbalance,EEI,即进入地球气候系统的能量不等于地球向太空释放的能量)是全球气候变化最基本的指针之一,本研究发现地球系统能量失衡正在加剧:2010-2018年间,地球系统平均热吸收速率为每平方米0.87瓦特,约是1971-2018年平均值的2倍,这表明了全球变暖依然没有得到控制。为实现《联合国气候变化框架公约》(1993年)以及《巴黎协定》(2015年)目标,人类需将地球系统能量收支重新达到平衡状态,将大气中的CO2浓度从近期的410ppm降低至353ppm。
图2 1971-2018和2010-2018年间各个圈层储存的热量分布比例
  该研究由GCOS组织、中科院海洋大科学研究中心自主部署项目(COMS2019Q01)等资助。未来,GCOS将定期更新和搜集数据、改进计算方法(例如将在未来考虑不同数据间的差异、考虑将海洋再分析数据纳入评估等),持续监测和评估地球系统能量变化。全球气候观测系统(GCOS)由世界气象组织(WMO)、联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO-IOC)、联合国环境规划署(UNCEP)和国际科学理事会(ICSU)于1992年共同发起成立,主要职责是评估和协调大气、陆地、海洋涉及气候的观测系统和观测数据,并为改进气候观测系统提供指导。
  论文信息:
  von Schuckmann, K., Cheng, L., Palmer, M. D., Hansen, J., Tassone, C., Aich, V., Adusumilli, S., Beltrami, H., Boyer, T., Cuesta-Valero, F. J., Desbruyères, D., Domingues, C., García-García, A., Gentine, P., Gilson, J., Gorfer, M., Haimberger, L., Ishii, M., Johnson, G. C., Killick, R., King, B. A., Kirchengast, G., Kolodziejczyk, N., Lyman, J., Marzeion, B., Mayer, M., Monier, M., Monselesan, D. P., Purkey, S., Roemmich, D., Schweiger, A., Seneviratne, S. I., Shepherd, A., Slater, D. A., Steiner, A. K., Straneo, F., Timmermans, M.-L., and Wijffels, S. E.: Heat stored in the Earth system: where does the energy go?, Earth Syst. Sci. Data, 12, 2013–2041, 2020.