气候变化正在改变整个北半球的冬季降水

在上个世纪的大部分时间里，一个科学家团队成功消除了人类引起的气候变化对冬季降水的影响，表明气候变暖正在显著改变整个北半球的冬季降雨量和降雪量。

这项研究由国家大气研究中心(NCAR)的科学家领导，采用了一种创新的方法，这种方法依赖于对降水和大尺度大气环流模型的观测，以及统计技术和计算机气候模拟。这使得研究小组能够确定北美和欧亚大陆特定地区的月平均降水量，由于人类对气候的影响，而不是自然变化，降水量有所下降。

“我认为这很有启发性，”该研究的合著者、NCAR高级科学家克拉拉德瑟说。“我们的研究表明，在过去的100年里，人类引起的气候变化明显影响了降水。”

结果表明，自1920年以来，与人类温室气体排放相关的变暖温度刺激了欧亚大陆北部和北美东部冬季降水的显著增加。

这项工作可能为更详细地研究气候变化对全年降水变化的影响指明方向。据估计，全球降水量平均每增加1-2摄氏度就会增加1-2%，因为大气变暖会产生更多的水蒸气。然而，当地的变化可能有很大的不同，有些地区变得干燥，有些地区变得更加潮湿。

这项研究由NCAR、中国兰州大学和法国图卢兹大学的研究人员发表在AGU期刊《地球物理研究快报》上。它是由NCAR赞助的国家科学基金会资助的。

减去自然变异的影响

多年来，科学家们进行了归因研究，以确定天气模式的变化可以归因于人类对气候的影响。国家和国际研究团队多次证明，20世纪50年代以来的全球气温上升主要是由于二氧化碳等温室气体的社会排放。

然而，确定温室气体在各大洲百年降水趋势中的作用是非常具有挑战性的，因为降水受当地和不断变化的天气条件的影响，所以很难看到日噪声和日噪声的长期变化。天气的年度变化。科学家过去依赖大量的气候模型来模拟信号，试图检测长期的降水趋势。

在这项新的研究中，研究人员使用观测数据而不是气候模型来确定气候变化对降水的影响。他们基本上把问题简化为减法问题：如果把自然变率引起的降水去掉，它和实际下降的差异可能归结为社会对气候的影响。

科学家们转向一种叫做动态调整的创新方法。这包括将统计技术应用于1920年至2015年每个冬季的大气环流模式观测。这些环流模式，如北美和欧亚大陆的高压和低压系统的位置，独立地积累和吸收温室气体。

通过总结所有的周期模式，研究人员可以估计特定周期模式出现时的典型降水。然后，研究小组将结果与实际下降的降水量进行了比较。它们之间的差异——自然条件下与大尺度环流模式相关的降水量和实际降水趋势——揭示了气候变化的影响。

结果表明，气候变暖导致北美东北部和北美西北部一小部分地区冬季降水增加。气候变化也导致欧亚大陆西北部和中北部大部分地区的降水量增加。

相比之下，这项研究表明，气候变化可能会对北美中部和西南部的部分地区以及欧亚大陆南部的大部分地区产生干旱影响，尽管这不足以抵消自然变化。然而，作者警告说，这些领域的结果并不明显，也没有统计学意义。

Deser和她的同事关注冬季是因为一年中的降水是由广泛的大气模型驱动的，这些模型比受夏季降水影响的当地条件(如土壤湿度和个别雷暴)更容易在数据中看到。它们集中在北半球，因为北半球包含的测量值远远多于南半球

结果与人类活动引起的降水变化的气候模型模拟吻合较好，为模型提供了独立的验证。

“科学家们转向气候模型寻求答案。在这里，气候模型只是为了证实我们独立观察的结果，”该研究的合著者、NCAR科学家弗拉维奥莱纳说。“我认为这是这项工作的重大科学突破。”

Lehner和Deser在去年发表在《地球物理研究快报》上的另一项研究中使用了同样的技术，表明美国西南部最近的干旱主要是由于自然变化造成的。

支持国际研究的证据

这项新研究依赖于历史降水测量和详细的国际大气环流模式数据集。它还使用了两个全球气候模拟数据集。其中一个名为“大集合”的项目使用NCAR的社区地球系统模型(CESM)创建了自1920年以来的40个全球气候模拟，每个模拟都有略微不同的启动条件。另一个包括对37个世界领先的气候模型的模拟，包括CESM，该模型用于名为耦合模型比较项目5(CMIP5)的国际气候研究项目。

这项研究的结果为试图通过使用强大的气候模型来识别温室气体影响的国际研究提供了支持。例如，由于气候变化，CMIP5项目表现出类似的降水趋势模式。这项研究完全依赖于计算机模拟，结果没有新研究那么详细。

“当我们看到完全基于观测数据的方法与气候模型一致时，我们感到惊讶，因为这是观察气候变化的两种独立方式，”Deser说。“与降水变化的幅度和空间格局的一致性程度确实令人印象深刻。”

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