CMIP5气候模式模拟的1850～2014年全球温度变化的集合经验模态分解

• 作者: 乔方利 魏萌
• 来源期刊: 中国科学（地球科学）
• 关键词: 全球增暖减缓 长期增暖趋势 多年代际振荡 CMIP5气候模式 EEMD方法
• 年，卷（期）: 2016,（12）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 1675-1688
• 页数: 14页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/N072015-00465

摘要

第五次耦合模式比较计划(CMIP5)集合了全球众多高水平气候模式,代表了目前气候模拟和预测的最高水平,然而这些模式均未能正确模拟出近期的全球增暖减缓现象,所模拟的温度严重偏高.基于HadCRUT4观测资料和CMIP5气候模式数据,使用集合经验模态分解(EEMD)方法,分析了1850～2014午全球温度的低频演变特征,评价了33个模式对其模拟结果,并探讨了模式对近年来全球增暖减缓模拟失败的原因.结果显示,受长期增暖趋势和多年代际振荡的主导,1850～2014年全球平均表面温度(GMST)的长期变化呈现出冷暖相间、波动增暖的特点.长期增暖趋势自20世纪以来一直较为稳定,近50年的平均增暖速度为0.0883℃/decade;多年代际振荡的平均周期为65年,在1850～2014年出现了2.5个波动,随时间推移,波动有加深变陡的趋势.20世纪后期的增暖加速现象是稳定的长期增暖趋势与多年代际振荡的暖位相相叠加的结果,二者各贡献了1975～1998年全球温度增加的1/3.近期多年代际振荡逐渐接近第3个波的峰值,增暖速度迅速减慢,受其影响全球温度的增暖步调也明显放缓,出现增暖减缓现象.在1850～2005年的历史试验期间,CMIP5气候模式对GMST的模拟结果与HadCRUT4观测较为接近,对20世纪后期的全球增暖加速现象模拟的尤为出色.但在RCP4.5情景下对2006～2014年的温度均值和线性趋势的预估严重偏高.这是由于CMIP5模式未能正确区分全球温度演变过程中的长期趋势和多年代际变化,所模拟的长期趋势偏高、偏快,多年代际信号位相混乱且振幅偏小.这说明大气CO2对气候的增暖效应可能被高估,而气候系统的年代际自然变化则被低估,这些偏差与目前对气候系统关键动力过程的认识不足密切相关.这一发现将为新一代长期气候变化预测模式的发展提出新的检验标准:气候模式应该有能力模拟全球温度变化的长期增暖趋势和周期约为65年的多年代际振荡.