气候模式难以模拟全球增暖减缓现象的原因及对策

20世纪末至今，尽管温室气体排放不断增加，但温度观测资料却显示：全球增暖出人意料地放缓了脚步，出现了全球增暖减缓现象。该现象挑战了人类活动导致全球增暖的观点，成为全球气候学家乃至社会各界的关注焦点。然而，在对该气候现象的模拟中，当今最先进的气候模式纷纷折戟，引发了公众对气候模拟以及预测能力的质疑。

《中国科学：地球科学》最近一项研究分析了气候模式难以模拟全球增暖减缓现象的原因。研究相关的论文题为“CMIP6气候模式对21世纪初全球增暖减缓现象模拟能力评估与归因分析”，通讯作者为自然资源部第一海洋研究所乔方利研究员。研究组定量评估了最新发布的28个气候模式对1998~2013年期间全球增暖减缓现象的模拟能力，并进一步解读了导致增暖减缓模拟困境的原因。

工业革命以来，人类持续向大气中排放温室气体，导致全球增暖，引起了各界的密切关注。时至今日，气候变化已成为外交谈判的一项重要内容。1998~2013年期间，大气中温室气体浓度屡创新高，但全球温度却并没有如预期般随之快速增暖，反而进入平台期，出现了全球增暖减缓现象。该现象挑战了“人为温室气体增加导致全球增暖”的科学共识，成为了近十年来最重要的地学科学问题之一。第五次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5, CMIP5)集合了当时国际上最先进的模式。但这些模式却都没能合理地模拟出增暖减缓现象，引发了公众对气候模拟及未来气候预测的质疑。2020年起陆续发布的CMIP6气候模式包含了对全球温度变化机制的新认识，有望给出更为合理、准确的全球温度变化模拟。因此，新一代气候模式对全球增暖减缓现象的模拟能力亟需科学定量地评估。

研究系统地评估了最新发布的28个CMIP6气候模式对近期全球增暖减缓现象的模拟能力，指出新一代模式虽有所改进，但绝大多依然无法重现全球增暖减缓现象。同时，研究充分考虑了长期的人为增暖效应和周期性的气候系统自然变率对全球温度变化的不同贡献，创新性地分尺度评估了气候模式对这两种温度变化信号（人为增暖信号和各尺度自然变率信号）的模拟能力。研究揭示：模拟增暖减缓的关键在于准确模拟这两种不同来源的温度变化信号，即人类活动引发的长期增暖趋势和气候系统内部的短期自然变率（特别是年际、年代际和多年代际尺度变率的位相与强度）。

1850~2014年期间观测和模拟的月平均GMSTA时间序列

彩色实线为6种观测GMSTA序列, 不同颜色代表不同观测资料. 灰色细线为28个CMIP6模式历史气候试验的模拟结果. 所有的GMSTA序列都经过了13个月滑动平均. 浅粉色和浅蓝色柱状填色区域分别表示快速增暖期(1975-01~1997-12)和增暖减缓期(1998-01~2013-12)

这一研究结果意味着有望通过改进气候模式对年际、年代际和多年代际三种关键尺度自然变率位相和强度的模拟，从而大幅提高对年代尺度温度变化的模拟与预测能力，为改进气候模式对短期气候变化的模拟和预测能力指出了一个新的方向。

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中文版: 魏萌, 舒启, 宋振亚, 宋亚娟, 杨晓丹, 郭永青, 李新放, 乔方利. 2021. CMIP6气候模式对21世纪初全球增暖减缓现象模拟能力评估与归因分析. 中国科学: 地球科学, 51(6): 947–961

英文版: Wei M, Shu Q, Song Z, Song Y, Yang X, Guo Y, Li X, Qiao F. 2021. Could CMIP6 climate models reproduce the early-2000s global warming slow down? Science China Earth Sciences, 64(6): 853–865, http://https://doi.org/10.1007/s11430-020-9740-3