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红阳光般的日落笼罩着烟草从植物 - 烟囱 - 在俄罗斯
在日落的红色太阳遮蔽了在从植物烟囱的烟裹着在俄罗斯。 Credit: Stanislav Okulov / Alamy Stock Photo.
STATE OF THE CLIMATE
1月14日2021年16:00

气候状况:2020年以最热烈的纪录的关系

Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

01.14.21
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

14.01.2021 |4:00 PM
气候状况 气候状况:2020年以最热烈的纪录的关系

目前所有官方气候数据都已公布,2020年全球地表温度已被证实与2016年相当,成为有记录以来最暖的一年。

在本文中,碳简介解释了为什么在地球亚慱官网海洋,气氛,冰屋和表面上被证明这一年被证明是如此。

去年为地球气候设定了一些记录:

Record warm surface temperatures

2020年的全球表面温度非常温暖。来自美国国家航空航天局的数据显示是最热烈的记录,而数据来自诺阿伯克利地球Copernicus Era5.以及最新更新的哈德利中心/UEA哈德克鲁特5record have it as the second warmest.

在所有情况下,2020年和2016年平均气温的差异小于0.03℃,而全球记录只能预测当前温度约为0.05℃左右。这意味着科学家不能相信2020年比2016更酷 - 两者最好被视为最热烈的记录的领带。

2016年的气温上升到few tenths of a degree最大的一个厄尔尼诺过去世纪的活动。相比之下,2020年was characterisedby a modest La Niña event that likely had a natural cooling influence in the second half of the year.

It is rather remarkable that a La Niña year could match the warmth of one of the strongest El Niños on record just a few years ago – illustrating the powerful impact that human greenhouse gas emissions are having on global temperatures.

全局表面温度记录可以计算出来返回到1850年,虽然有些组选择在1880年开始在1880年开始记录。在1850年之前,一些特定区域存在记录,但不充分普及以任何合理的准确性计算全球温度。这些记录是通过组合创建的船舶与浮标的测量of ocean sea surface temperatures with temperature readings of the surface air temperature from weather stations on land (Copernicus ERA5 is an exception, as it uses weather model-based重新yabo亚博体育app下载分析)。

下图显示了自1850年以来的全局温度记录,其温度相对于1880-1899周期显示,以突出以来前工业时期

年度全球平均水平表面温度从1850  -  2012年起。
年度全球平均水平表面温度从1850 - 2012年起。数据来自美国宇航局GISTEPNOAA全球温度Hadley / Uea Hadcrut5伯克利地球和亚慱官网碳简介’s raw temperature record. 1979-2000 temperatures fromCopernicus Era5.(随着重新分析记录于yabo亚博体育app下载1979年开始)。异常绘制了1880-1899个基线以显示自预生产以来的变暖。通过碳简短使用图表亚慱官网高级园林

2020年的温度在1.2C和1.3C之间比19世纪晚期(在1880年至1900年之间)温暖,这取决于所选择的温度记录。它们连续第七年表示,全球气温超过大多数数据集的最高产业水平和大多数数据集中高于1.2℃的第三年。

在上一年中显示的数据的更新中,碳简介亚慱官网气候状况now uses the new哈德克鲁特5代替哈德克鲁特4(see the近期碳简介分析亚慱官网yabo亚博体育app下载of HadCRUT5 for details). The Cowtan and Way record is no longer shown as it is largely redundant with HadCRUT5; it uses the same data and a similar approach to filling in data gaps. (Cowtan and Way被创造了to deal with data gaps in HadCRUT4.)

过去几世纪的全球变暖不是任何一个调整呈现给潜在的温度记录。上图包括通过碳简介使用不受任何调整或校正的碳简介计算的“原始记录”线(显示为虚线),该数据不受测量技术的变化的任何调整或校正。亚慱官网超过1850 - 2012年期间,调整后的温度记录actually tend to show less warming than the raw data.

过去六年的记录真的比以前来自的任何东西都更温暖。这可以看出来自伯克利地球的图。每个阴影曲线代表该年的年平均气温。曲线进一步向右,它是较温暖的。

这width of each year’s curve reflects the uncertainty in the annual temperature values (caused by factors such as changes in measurement techniques and the fact that some parts of the world have fewer measurement locations than others).

Estimates-of-data-and-electricity-use-for-streaming-video
Global average surface temperatures for each year relative preindustrial with their respective uncertainties (width of the curves) from伯克利地球。请注意,此处示出了热温相对于1850-1900期间的温度。由图产生的数字罗伯特罗德博士

下图提供了在过去的50年中全球表面温度记录的放大。此情节使用最近的1981 - 2010年期间作为基准,以便在过去几十年中提供更清晰的温度记录之间的差异视图。请注意,根据所用的记录,1981-2010期限比1880-1900预工业期限升温约0.6℃至0.75℃。

1970  -  2012年的温度数据,并使用1981-2010基线期间。
与第一个数字相同,但使用1970-2020年的数据和1981-2010年的基准期。碳纤维简图亚慱官网高级园林

2020年表面变暖的图案

关注全球表面温度作为气候变化的关键指标是重要的,但可以掩盖整个地球的变化率很大。

For example, while most of the Earth’s surface is covered by oceans, nearly all human settlements and activities are in land areas. The land has been warming around 70% faster than the oceans – and 40% faster than the global average – in the years since 1970.

下图显示了黑色,仅橙色的陆地温度的全球平均表面温度,以及蓝色的海洋温度。它基于Hadcrut5数据从1850-1978和Copernicus / ErA5数据的组合,如在写作时,只有ERA5释放了将土地和海洋温度分别计算到2020年底所需的数据。

年度全球平均水平表面温度从1850  -  2012年起。
年度全球平均水平表面温度从1850 - 2012年起。数据来自Hadley / Uea Hadcrut5从1850年至1978年起Copernicus Era5.from 1979-2020 (as the reanalysis record starts in 1979). The two datasets are combined by minimising the overlap between the 1981-2010 period. Anomalies plotted with respect to a 1850-1899 baseline to show warming since the pre-industrial period. Chart by Carbon Brief using高级园林

在这个数据集中,自前工业时期(1850-1899年)以来,全球总体变暖了约1.3摄氏度,而陆地地区变暖的幅度要大得多,平均为1.9摄氏度。相比之下,海洋变暖的速度要慢得多,比前工业时代快了1摄氏度左右(看到了吗亚慱官网’s recent guest post on why the land and ocean warm at different rates.)

不同地区的土地和ocean are also warming at different rates. The warmth in 2020 covered large regions of the world, with particularly high temperatures in the Arctic, over Siberia, Europe, Central and South America, the Middle East, the northern Pacific Ocean and the Antarctic Ocean. The figure below, from Berkeley Earth, shows the average annual temperature anomalies across the world for the year.

表面温度异常 -  2020
Surface temperature anomalies for 2020 from伯克利地球。请注意,Berkeley使用1951-1980基线来计算异常。

基于一个分yabo亚博体育app下载析by Berkeley Earth, 2020 had the warmest annual average since instrumental records began in the following 45 countries: Andorra, Antigua and Barbuda, Argentina, Belarus, Belgium, Belize, Bolivia, Colombia, Cuba, Djibouti, Dominica, Estonia, Federated States of Micronesia, Fiji, Finland, France, The Gambia, Guatemala, Guinea-Bissau, Honduras, Jamaica, Japan, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Maldives, Marshall Islands, Mexico, Moldova, Nauru, Peru, Republic of the Congo, Russia, Saint Kitts and Nevis, Senegal, Seychelles, Sierra Leone, Solomon Islands, Somalia, Sweden, Taiwan, Tuvalu, Ukraine, Vanuatu and Venezuela.

下图 - 也来自伯克利地球 - 展示了2020年举办了温暖或冷记录的世界地区。值得注意的是,虽然行星大部分地区设置了新的温暖记录,但地球上没有位置平均地球温度是最寒冷的记录。

2020年平均年度温度的五个最热的五个最热门的世界地区
Regions of the world among the five warmest (reds) of five coolest (blues) on record for average annual temperatures in 2020. Figure from伯克利地球

观察追踪气候建模预测

气候模型提供基于物理的估计,对未来排放,温室气体浓度和其他不同的不同假设给予不同的假设气候影响因素

在这里,碳简亚慱官网介两组不同的气候模型 - 旧模型(CMIP5.)2013年使用第五次评估报告(AR5)来自Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)和新模型(CMIP6.)为即将到来的2021年IPCC第六次评估报告开发。

在CMIP5中,2005年之前的温度模型估计是使用过去的气候影响的“HindCast”,而2005年后的温度是“预测”,基于对可能改变的估计。另一方面,CMIP6型号的型号直到2014年达到了达到的。

下图显示了自1850年以来的单独CMIP5模型投影的范围,以及在路中间的2100到2100的未来预测RCP4.5emissions scenario. The black line shows the average of 38 different models, while the grey area shows the 95% (两个西格玛)模型投影的范围。观察温度在气候模型数据的顶部绘制,具有各个观测记录由彩色线条表示。

CMIP5模型的年度全球平均水平温度和1850年至2100之间的观察
Annual global average surface temperatures fromCMIP5.1850年至2100之间的模型和观察(观察到2020年)。模型使用RCP4.52005年后的情景。它们包括海洋表面温度,在陆地上的海洋和表面空气温度to match what is measured by observations。Anomalies plotted with respect to a 1981-2010 baseline. Chart by Carbon Brief using高级园林

这里所示的气候模型输出被混合 - 即它们将表面空气温度与海面温度相结合,在海洋上以相同的方式在观察气候记录中测量的方式。这允许a更准确的比较两者。

过去170年来,观察范围内的CMIP5气候模型预测范围内。2020年的温度非常接近模型平均水平。下图显示了过去70年(1950-2020)的气候模型和观察的缩放。它还包括虚线的黑线,显示非混合模型结果(例如,全局表面空气温度)。

Global surface temperatures 1950 to 2020 using CMIP5 and observations
与先前的图表相同,但在1850 - 2100年的期间。模型使用RCP4.52005年后的情景。通过碳简介使用亚慱官网高级园林

虽然并非参与CMIP6的所有模型报告了在写完时的运行,但足够的 - 33型号 - 有历史和RCP4.5未来的变暖预测,可以与观察结果进行比较。下图显示了CMIP6模型和1950年至2020年间的yabo亚博体育app下载观察的分析。(请注意,仅针对CMIP6显示非混合模型结果,因为尚未创建混合CMIP6字段。)

使用CMIP6和观察的全局表面温度1950至2020
与先前图表相同,但对于CMIP6型号。模型使用RCP4.52014年后的情景。通过碳简短使用的图表亚慱官网高级园林

CMIP6模型通常预测比CMIP5更多的变暖 - 无论是在历史时期和未来。在CMIP6近年来,观察结果明显低于模型平均值,但仍然在95%范围内(灰色区域)。

有关更多对新CMIP6结果的讨论以及它们与先前一代CMIP5型号的不同,请参阅碳简介亚慱官网CMIP6解释者

Record warmth in satellite records

除了世界土地和海洋的表面测量外,卫星m一世众所的兴奋单位have been providing estimates of global lower atmospheric temperatures since 1979.

这些测量,而受到影响一些较大的不确定性,也显示2020年是一个创纪录的温暖年份-在不确定的范围内与2016年有效地联系在一起。

这record produced byRemote Sensing Systems(RSS)将2020年显示为最热烈的记录,比2016年略微温暖,而记录阿拉巴马大学,亨茨维尔(UAH)显示它是第二热的,比2016年略冷。下面的图表显示了两个记录–红色的RSS和蓝色的UAH。

从RSS版本4和UAH Version 6的全球平均水平降低到1979  -  2020年
全球对流层平均较低温度RSS version 4(红色)和UAH版本6.(blue) for the period from 1979-2020, relative to a 1981-2010 baseline. Chart by Carbon Brief using高级园林

这些卫星测量了对流层较低的温度,捕获平均温度在表面上方5km左右变化。

大气层的该地区往往受到ELNiño和LaNiña的影响更强烈的影响,而不是表面和卫星记录在这些事件期间显示相应更大的升温或冷却尖峰。这就是为什么,例如,1998年作为卫星的最温暖的岁月之一,但不是在表面记录中。

两次降低的对流层温度记录在2000年代初期显示出大的差异。RSS显示了与表面温度记录非常相似的整体速度,而UAH近年来比在表面上观察到的比较速度大得多。都有看过大调整与每个记录的先前版本相比,近年来,与每条记录的先前版本相比,已经温暖了RSS和冷却UAH。

记录海洋热含量的水平

超过90%of the heat trapped by increasing greenhouse gas concentrations is taken up by the Earth’s oceans.

While surface temperatures fluctuate a bit from year to year due to natural variability, ocean heat content increases much more smoothly and is, in many ways, amore reliable indicator地球的变暖 - 尽管历史记录较短。

去年,根据1958年开始可靠的记录,为最高海洋热量含量的清晰记录,根据1958年的可靠记录中国科学院大气物理研究所亚慱彩票APP(IAP-CAS),它维护着一个最新的海洋热含量数据库。

下图显示了海洋区域的海洋热量,在0到700米(浅蓝色条)之间,700至2,000米(深蓝色)的深度,这包括世界大部分海洋。相对于1958年至1960年的平均水平绘制了海洋变暖。

Annual global ocean heat content or the 0-700 metre and 700-2000 metre layers.
年度全球海洋热含量(在Zettajoules - 十亿亿万焦耳,或10 ^ 21焦耳)为0-700米和700-2000米的层。数据来自Cheng等人2020。通过碳简短使用图表亚慱官网高级园林

2020年的海洋热含量明显高于下一个最热年份2019年。虽然2016年在海面上是相当温暖的一年,但它仅仅是海洋热量含量第六温暖的一年,就像厄尔尼诺一样ño有助于2016年地表温度如此温暖的事件重新分配的热量走出海洋,进入大气层。

海洋热量1990年后明显加快,由于温室气体被捕获的热量增加并从中恢复Pinatubo.1992年的火山爆发,以及之后的大多数年份都创下了新的纪录。

Sea levels continue to rise

现代海平面上升到新的高位,due to a combinationof melting land ice (such as glaciers and ice sheets), the thermal expansion of water as it warms and changes in土地储水。近年来,有larger contributions从熔炼冰盖和冰川到海平面上升。

自20世纪90年代初以来,全球海平面的上升是利用卫星测高仪数据估计的。早期的全球海平面是由全球验潮仪测量网络重建而来的。这使得研究人员能够估计海平面是如何变化的自18世纪后期以来

下面的图表显示了5个不同的海平面上升数据集(彩色线),以及1993年后美国宇航局(NASA)的卫星高度计测量值(黑色)(由于全年海平面上升数据尚未公布,以下数字仅包括截至2019年底的数据。)

全球平均海平面上升数据
全球平均海平面上升数据from教堂和白色2011年(red),jevrejeva等人2014(黄色),Ray and Douglas 2011(灰色的),Hay等人2015年(浅蓝色)和Dangendorf等人2019(深蓝色)。1993年至今的卫星高度计数据(黑色)取自美国宇航局。图表亚慱官网使用高级园林

自1900年以来,海平面上涨0.18至0.2米(180-200毫米)。虽然海平面上升估计近几十年论,但在1980年之前,较大的分歧。还可以在1993年后加速海平面上升的证据当可用高质量的卫星公共数据时,期间。(见碳简介亚慱官网explaineron how climate change is accelerating sea level rise.)

冰川熔体继续加速

科学家利用各种遥感技术来测量世界各地的冰川质量,以及通过优雅地球的重力场测量。通过熔化或融化冰川落在冰川和冰坡之间的平衡或“” determines if glaciers grow or shrink over time.

一个叫做的国际财团世界冰川监测服务在世界各地的19个不同地区追踪164种不同的冰川。下图显示了从1950年到2019年底的全局平均冰川大量的变化(2020个值尚未使用)。

冰川熔体据报道米的水当量那which is a measure of how much mass has been lost on average.

全球平均冰川融解于1950  -  2018年世界冰川监测服务在米的水中等效。
Global average glacier melt from 1950-2018 the世界冰川监测服务单位:米水当量。碳纤维简介亚慱官网高级园林

温室气体浓度再创新高

温室气体浓度在2020年达到了新的高位,由化石燃料,土地利用和农业的人类排放驱动。

三个温室气体 - 二氧化碳,甲烷(ch4)和笑气(N2O) - 负责人类活动捕获的大部分额外热量。二氧化碳是迄今为止最大的因素,占“增加”的大约50%“radiative forcing“自1750年以来。

Methane accounts for 29%, while nitrous oxide accounts for around 5%. The remaining 16% comes from other factors including carbon monoxide,黑碳卤化碳,例如氟氯化碳。

温室气体的人类排放增加了大气浓度的二氧化碳,甲烷和氧化亚氮,至少在其最高水平a few million years- 如果不再。

这figure below shows concentrations of these greenhouse gases – in百万分之几(PPM)用于二氧化碳(蓝线)和甲烷(橙)和氧化亚氮(红色)的零件(PPB) - 从20世纪80年代初到2020年10月20日CH4和N2O的CO2和9月(最近的数据)目前可用)。

数据显示温室气体继续积累在大气中, 尽管temporary dip in global emissions由世界各地的Covid-19封锁引起的。

全局浓度的二氧化碳,甲烷和氧化氮
二氧化碳、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)的全球浓度。根据美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室。Note that the y-axes do not start at zero. Chart by Carbon Brief using高级园林

北极海冰出现夏季第二低值

北极sea ice spent much of the northern hemisphere summer months at record lows in 2020. It set daily record lows during large parts of July, August, October, and November. It saw the第二个最低点summer minimum sea ice extent – behind only 2012 – since records began in the late 1970s.

北极经历了9月最低限度之后的异常缓慢的海冰恢复,尽管它近期的长期(1979-2010)恢复到低于长期(1979-2010)。

与北极形成鲜明对比,南极围绕南极的海冰仍然在长期平均范围内,整个2020年。

下图显示了一年中每一天的北极(红线)和南极(蓝线)海冰范围,以及它如何比较历史范围(相应的阴影)。

来自美国国家冰雪数据中心的北极和南极每日海冰范围。
北极和南极日常的sea ice extent from the美国国家冰雪数据中心。粗线显示每日2020个值,阴影区域表示两个标准偏差范围1979年至2010年间的历史价值。黑色虚线显示了每个极点的历史低点。碳纤维简图亚慱官网高级园林

2020年夏季大部分夏季的北极海冰等极低的北极海冰(例如,东北通道)开放for shipping记录很长一段时间。

下面的伯克利地球图表显示了北海路线开放(蓝线)的每年时期。在2005年之前,很少形成北极的海洋段落;在2020年(红线),东北通道直接开放三个半月。这部分是由于西伯利亚的特殊变暖以及该地区以北的相关无冰条件。

自1979年以来,北部海路北海路线已开放期间

展望2021年稍冷的天气

While a modest La Niña event likely helped cool the latter part of 2020, these conditions are预计将坚持下去今年上半年。因为有几个月的延迟当ElNiño或LaNiña条件在热带太平洋的峰值和对全球气温的影响时,目前的LaNiña条件可能对2021年产生更大的影响,这就是为什么今年预计比以前的两年更酷。

Three groups – theUK Met Office,美国宇航局加文施密特博士,和伯克利地球- 已经预测了2021年的温度可能看起来像什么样的温度。所有三个都表明2021年将很可能比2020更酷。

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这Met Office and Berkeley Earth both predict that it will be around the fifth warmest year on record, with a best guess of somewhere between the fourth to the seventh (though it is too early to firmly rule out a cooler or warmer outcome than that).

下图显示了基于伯克利地球分析的绿色可能2021温度结果的范围,水平黑条显示的平均估计值。yabo亚博体育app下载

根据全球气温和拉尼娜现象,预测了1850-2020年的全球地表温度和2021年的预计温度,并在2020年底进行了预测
根据全球气温和拉尼娜现象,预测了1850-2020年的全球地表温度和2021年的预计温度,并在2020年底进行了预测。Figure from伯克利地球

美国宇航局projection一世s a bit higher, with a best estimate of 2021 as the third warmest year on record, with a likely range of between the first and sixth. While it is unclear what specific factors are driving the differences between these forecasts, it may in part be driven in part by different assumptions around how big an effect the La Niña event will have on 2021 temperatures.

施密特的下图以黑色显示了1980-2019年的气温,以深蓝色显示了2019年底的2020年预测,以浅蓝色显示了截止到11月的2020年预测,以及以模拟的未来厄尔尼诺为基础的2021年预测ño绿色环境。

预计-2020-and-2021-global-tempers-in-nasa-gistemp
Projected 2020 and 2021 global temperatures in NASA GISTEMP来自Gavin Schmidt博士

While it is too early to predict with any certainty where 2021 will end up, it would be nothing out of the ordinary to have a year a bit cooler than the prior few.

对气候的重要事项不是个人年份的排行榜。相反,它是全球温度的长期上升趋势由人类排放的温室气体驱动。直到世界将排放减少到净零,地球将继续温暖

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