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云的新表示使模型对二氧化碳更加敏感。
当科学家们努力确定为什么一些最新的气候模型表明未来可能比以前想象的要温暖时，一项新的研究表明，原因可能与模拟云的形成和演化所面临的挑战有关。
这项发表在《科学进展》上的新研究概述了39个更新的模型，这些模型是一项重大国际气候努力的一部分，这是“耦合模型比较”项目（CMIP6）的第六阶段。政府间气候变化专门委员会（IPCC）即将发布的第六次评估报告还将对这些模型进行分析。
与旧模型相比，这些更新模型的子集显示出对二氧化碳的更高敏感性，即，在给定浓度的温室气体下，变暖的程度更高，尽管少数模型也显示出较低的敏感性。最终结果是，可追溯到1990年代初的模型响应范围比以前的任何一代模型都更大。如果高端模型是正确的，并且地球对二氧化碳的敏感性确实比科学家们想象的要高，那么未来的前景也可能比以前预计的要温暖得多。但也有可能在上一个相互比较的项目与该项目之间进行的模型更新导致或暴露了结果错误。
在新论文中，作者试图将CMIP6模型与前几代进行系统比较，并列出扩大灵敏度范围的可能原因。
美国国家大气研究中心（NCAR）的资深科学家，新研究的主要作者杰拉尔德·梅尔（Gerald Meehl）表示：“许多研究小组已经发表了论文，分析了模型更新后气候敏感性变化的可能原因。”“我们的目标是寻找正在出现的任何主题，尤其是在高灵敏度模型中。一次又一次出现的是，一般而言，云的反馈，尤其是云与微小颗粒（称为气溶胶）之间的相互作用，似乎有助于提高灵敏度。”
这项研究部分由NCAR的赞助者国家科学基金会（National Science Foundation）资助。其他支持者包括美国能源部，亥姆霍兹学会和德国气候研究中心Deutsches Klima Rechen Zentrum。
评估模型敏感性
传统上，研究人员使用两种不同的指标来评估气候模型的敏感性。自1970年代末以来一直在使用的第一个称为平衡气候敏感性（ECS）。它测量大气中的二氧化碳从工业化前的瞬时增加一倍后，允许模型运行直到气候稳定之后的温度升高。
在过去的几十年中，即使模型变得非常复杂，ECS值的范围也一直保持一致-大约在1.5至4.5摄氏度（2.7至8.1华氏度）之间。例如，上个十年CMIP上一个阶段中包含的模型CMIP5，其ECS值范围为2.1°到4.7C（3.6到8.5F）。°
但是，CMIP6型号的温度范围为1.8至°5.6C（3.2至10F），从°而扩大了CMIP5在低端和高端的范围。基于NCAR的社区地球系统模型版本2（CESM2）是高灵敏度模型之一，其ECS值为5.2C。°
去年，模型开发人员一直在忙于将他们的模型分开，以了解ECS为何发生了变化。对于许多小组来说，答案似乎归结为云层和气溶胶。云过程以非常精细的规模展开，这使它们过去很难在全球规模的模型中进行精确模拟。但是，在CMIP6中，许多建模组添加了这些过程的更复杂表示。
在某些模型中，新的云功能以某些方式产生了更好的模拟。例如，与观测相比，CESM2中的云看起来更加逼真。但是云与气候变暖有着复杂的关系-在某些位置，某些类型的云反射更多的阳光，从而冷却表面，而其他云则可能产生相反的效果，即散发热量。
可以从火山和其他来源以及人类活动中自然排放的气溶胶也反射太阳光并具有降温作用。但是它们也与云相互作用，从而改变其形成和亮度，从而改变其加热或冷却表面的能力。
许多建模团队已经确定，将这种新的复杂性添加到其模型的最新版本中会对ECS产生影响。Meehl表示，这不足为奇。
他说：“当您在模型中添加更多细节时，就会有更多的自由度和更多可能的不同结果。”“当今的地球系统模型非常复杂，许多组件之间的交互方式有时是无法预料的。当您运行这些模型时，您将获得在更简化的模型中看不到的行为。”
不可衡量的数量
ECS旨在告诉科学家一些有关地球将如何应对不断增加的大气二氧化碳的信息。但是，结果无法对照真实世界进行检查。
“ ECS数量不可估量，” Meehl说。“这是一项基本指标，它是在模型简单得多时创建的。它仍然很有用，但它不是了解温室气体排放量将对气候造成多大影响的唯一途径。”
科学家继续使用ECS的原因之一是因为它使他们能够将当前模型与最早的气候模型进行比较。但是研究人员提出了其他方法来研究气候敏感性，包括模型的瞬态气候响应（TCR）。为了衡量这一点，建模人员每年将二氧化碳增加1％，直到二氧化碳增加一倍。尽管此措施也很理想，但至少在未来几十年的短期内，它可能会给出更实际的温度响应视图。
Meehl和他的同事在新论文中还比较了自1990年代首次使用TCR以来，TCR随时间的变化。CMIP5型号的TCR范围为1.1至2.5C，而°CMIP6型号的范围仅略有增加，从1.3C到3.0C。°总体而言，TCR平均升温从1.8到2.0C（3.2到3.6F）几乎是不°可察觉的。°
TCR范围的变化比ECS更为温和，这可能意味着在模拟未来几十年的温度时，CMIP6模型的性能可能与CMIP5模型没有不同。
但是，即使ECS范围更大，该指标的平均值“也没有增加太多”，Meehl说，仅从3.2C上升到3.7C。°
他说：“高端较高，但低端较低，因此平均值并没有太大变化。”
Meehl还指出，ECS范围的扩大可能会刺激对云过程和云气溶胶相互作用的更多研究，包括开展野外活动，以收集对这些相互作用在现实世界中如何发挥作用的更好观察结果，从而对科学产生积极影响。
Meehl说：“云雾与气溶胶的相互作用正处于我们对气候系统如何运作的理解的最前沿，这是对我们不了解的事物进行建模的挑战。”“这些建模者正在推动人类理解的界限，我希望这种不确定性将激发新科学的发展。”
参考：Gerald A. Meehl，Catherine A. Senior，Veronika Eyring，Gregory Flato，Jean-Francois Lamarque，Ronald J. Stouffer，Karl E. Taylor和曼努埃尔·施伦德（Manuel Schlund），2020年6月24日，《科学进展》。
10.1126 / sciadv.aba1981
