Sci Rep：中山大學楊崧教授團隊在全球變暖預估不確定性歸因研究取得突破性進展

2017年7月4日， 國際學術權威刊物自然出版集團旗下子刊《Scientific Reports》雜誌線上發表了美國佛羅里達州立大學Ming Cai 教授研究組和中山大學楊崧教授團隊合作的題為“Inter-Model Warming Projection Spread: Inherited Traits from Control Climate Diversity”的研究論文。 研究突破了傳統從模式中氣候回饋強度差異角度尋求全球變暖預估不確定性的框架， 創新性地從模式的氣候態差異方面， 討論不同模式在同一情景下對未來全球變暖強度預估存在差異的原因。

與人類活動相關的溫室效應引起的全球變暖特徵穩定存在所有氣候模式類比結果中。 但是在相同的溫室氣體強迫下， 不同模式類比出的全球平均溫度升高的值存在顯著差異，

我們稱之為全球變暖預估的不確定性。 自1979年來， 模式不斷發展， 但多模式對全球變暖預估的範圍始終維持在1.5-4.5 ?C， 幾乎沒有明顯縮小(圖1)。 現行對全球變暖預估的方法是基於兩組模式實驗間的差異：一組為氣候模式的背景狀態， 不受任何外強迫的干擾;另一組用持續增加的溫室氣體濃度驅動氣候模式。 兩組實驗結果的差異即為對全球變暖強度的預估。 基於以上定義， 以往對全球變暖預估不確定性的研究認為， 多模式背景氣候態差異帶來的影響在兩組實驗結果相減時已經被抵消， 唯一的不確定性來源是由於不同模式在第二組實驗中對外強迫的回饋強度不同。

本項研究發現，

不同模式對同一外強迫的回饋強度很大程度上依賴於模式本身的背景氣候態， 例如全球氣候態冰覆蓋面積、水汽含量和全球水迴圈速率等， 但不同氣候回饋因數對其相關的背景氣候要素的依賴關係不同。 這種依賴關係的多樣化以及它們之間的相互補償或抵消會影響模式對全球變暖幅度的預估(圖2)。 其中， 模式間氣候態冰覆蓋面積和大氣中水汽含量的差異能夠解釋政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告(IPCC AR5)中全球變暖預估不確定性的89%。 該研究結果表明， 減小模式對觀測氣候態類比的差異， 是縮小全球變暖預估範圍的關鍵。

對全球變暖強度的預估是未來氣候預估的關鍵。 自工業革命以來，

全球增暖不到1 ?C， 全球氣候已經發生明顯的變化， 例如厄爾尼諾的多樣性、北極增暖放大等。 胡曉明博士及其合作者針對全球變暖及北極增暖放大的歸因 (Hu et al. 2017a)、兩類厄爾尼諾海溫異常分佈差異歸因 (Hu et al. 2016)以及大氣對厄爾尼諾相關的海溫異常的熱力動力耦合回應 (Hu et al. 2017b) 等問題進行了一系列研究， 並取得了多項創新性的成果。

31個耦合模式比較計畫第五階段(CMIP5)1pct/yr實驗中， 全球平均表面溫度隨年份的增加值。

31個1pct/yr實驗得到的全球平均表面溫度變化與(a)模式氣候態全球平均表面溫度(T)、雲冰/水含量(CL)、大氣-海洋能量輸運強度(|DYN|)、水汽含量(q)、冰覆蓋面積(IC)、感熱通量(SH)、水迴圈強度(|E-P|)和蒸發(E)的相關係數。

(b)全球平均表面溫度變化與以上各項變化量的相關係數。 橙色表示正相關， 藍色表示負相關， 黑色表示相關係數未超過90%置信度檢驗。

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原文摘要：

Since Chaney’s report, the range of global warming projections in response to a doubling of CO2—from 1.5 °C to 4.5 °C or greater —remains largely unscathed by the onslaught of new scientific insights. Conventional thinking regards inter-model differences in climate feedbacks as the sole cause of the warming projection spread (WPS). Our findings shed new light on this issue indicating that climate feedbacks inherit diversity from the model control climate, besides the models’ intrinsic climate feedback diversity that is independent of the control climate state. Regulated by the control climate ice coverage, models with greater (lesser) ice coverage generally possess a colder (warmer) and drier (moister) climate, exhibit a stronger (weaker) ice-albedo feedback, and experience greater (weaker) warming. The water vapor feedback also inherits diversity from the control climate but in an opposite way: a colder (warmer) climate generally possesses a weaker (stronger) water vapor feedback, yielding a weaker (stronger) warming. These inherited traits influence the warming response in opposing manners, resulting in a weaker correlation between the WPS and control climate diversity. Our study indicates that a better understanding of the diversity amongst climate model mean states may help to narrow down the range of global warming projections.