全球变暖2℃下的欧洲气候外文翻译资料

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全球变暖2℃下的欧洲气候

摘要:相对于工业化前的气候,全球变暖2℃被认为是社会应该努力保持在这之下的阈值，以限制人为气候变化的危险影响。 迄今为止在此全球增暖目标水平下,区域气候可能的变化还未被详细研究。我们使用6个瞬态全球气候模拟降尺度下的15个区域气候模拟集合平均结果，确定了对应于全球变暖2℃的时间段，描述了欧洲气候对全球变暖水平的预测变化范围，以及多模式集合的不确定性。 基于集合模拟结果，分析发现平均和极端温度、降水、风和表面能量收支的具有强烈的变化。 结果表明，欧洲大部分地区的升温幅度要高于全球平均水平。 他们还揭示了欧洲的气候变化响应具有明显的区域分布特征，这对于欧洲的不同国家和地区的气候影响评估和适应对策来说非常重要。例如，随着在强降水和夏季极端温度的普遍增强，还发现在夏季（冬季）存在南、北（西、东）向的变暖梯度。将集合分析与全球温度变化联系起来而不是与固定的时间段相联系，可以得到更强烈的温度变化的区域空间分布，这主要是由于已将全球模式的气候敏感性的一些不确定性消除了。

关键词：区域气候变化，极端事件，欧洲气候。

1.引言

在国际上，人们希望将全球平均表面温度增加限制在工业前水平的2℃内。这与《联合国气候变化框架公约》的目标第2条，即“将大气中温室气体浓度稳定在可防止对气候系统造成危险的人为干扰的水平上”，有着广泛的一致性。最初是根据IPCC第二次评估报告(IPCC 1995年)的依据倡导2℃目标，目的是避免对水资源、生态系统、生物多样性和人类健康造成严重的不利影响。最近的IPCC评估报告大体上加强了这一目标。第三次评估报告(TAR：IPCC 2001)概述了温度上升带来更大的负面影响以及更广泛和更大的风险，而第四次评估报告指出，“所有区域都很可能因温度上升超过约2-3℃而出现净效益下降或净成本上升”。欧洲联盟同意拟议的目标，在坎昆举行的《气候公约》缔约方会议上，国际社会同意：“制定明确的目标和及时的时间表，以便随着时间的推移减少人为温室气体的排放，使全球平均气温上升保持在2℃以下”。

这些审查评估的一个要素，即2℃目标，是灾难性事件(全球或区域不连续性)的潜在风险，称为临界点或临界要素。虽然关于此类事件可能性的信息仍然是主观的，而且可能触发此类事件的临界阈值温度高度不确定，但以往的研究表明，人们可能担心偏离当前气候太远，特别是偏离升温幅度超过2℃。

然而，即使实现2℃目标，从今天起气候也将发生重大变化，因此必须进行适应。为了全面了解气候变暖对欧洲的影响，需要空间分辨率高于全球气候预测的气候预测(如世界气候研究计划“气候模型比较项目”)，并对不确定性进行严格评估。这些目标可以通过使用区域或有限区域模型缩小全球气候预测规模的气候预测集成来实现。这是在最近专门针对欧洲的研究中产生的，如EU FP5提出的PRUDENCE和EU FP6提出的ENSEMBLES。

然而，这些缩小规模的研究中没有一项是专门研究与全球增暖2℃相关的气候。相反，他们调查了气候变化及其在未来固定时间段的不确定性。此外，用这些预测的大部分社会经济设想方案的设计目的不是要达到稳定的2℃升温，从而达到一个世纪以来的较暖气候。虽然少数模拟研究了全球增温2℃的稳定场景，但它们的数量很少，无法进行鲁棒的不确定性估计。在CMIP5和EURO - CORDEX 框架内进行的新模拟，使用了一种可能导致变暖低于2℃的情景，但在编写本报告时，使用这种情景的模拟数量仍然太少，无法研究不确定性。因此，要确定与2℃全球变暖相对应的变化，就需要采用概述方法，使用超出此目标值的情景。

在这里，我们使用A1B情景下的ENSEMBLES区域模拟，这些情景现在已经得到很好的研究。驱动这些区域模拟的全球气候监测系统对自然和人为气候强迫具有不同的敏感性，并在不同时间达到升温目标。我们的方法是收集不同时间和每个模拟的参考周期相关的气候参数的变化，并将它们收集在“2℃集合”中。因此，该集合包括区域过程模拟及其对全球变暖的响应的模拟中的不确定性，并减少了由于GCM灵敏度而引起的一些不确定性。这种方法存在局限性，因为它没有考虑到响应时间大于2℃时间段的系统对不确定性的贡献。这指出了最有可能发生的变化及其不确定性。它还指出由于考虑由固定全球变暖目标而不是固定时间目标定义的周期而消除的部分的不确定性。我们关注的是主要变量，如平均和极端温度、降水、风和表面能量收支的具有强烈的变化，以及不太经典但更具解释力的变量，如地表通量。通过这样做，我们提供了一个特殊的评估，以此来阐述全球增暖2℃目标对欧洲整体和跨区域气候的意义，以及与全球平均水平的比较。

2.使用的GCM和RCM模拟

在随后的分析中，我们分析了22个来自于水平分辨率约为25 km的ENSEMBLES的15个RCM。22个RCM由6个不同的A1B GCM驱动，然而，并非每个RCM都有足够长的时间序列达到2℃变暖。这就剩下了由6个不同的GCM驱动的15个RCM的模拟(表1)。

其中两个RCM是从CMIP3多模型数据集实现的，三个模型源于哈德利中心扰动物理量的GCM集成“QUMP”(模型预测中的量化不确定) 。一个GCM是一个具有拉伸网格的光谱模型。

为了解决RCM和GCM误差，我们使用了模型输出统计(MOS)方法，即methemel等人在Deque 的基础上描述的分位数映射(QM)。观测参考是1965-2010年期间在25kmtimes;25km常规网格上的E-OBS第5版数据集。我们尽可能使用偏差校正数据，即日平均、最低和最高温度以及日降水量总和。

Themeszlig;l等人和Wilcke等人在其他气象变量的未来情景中成功地应用了分位数映射(QM)。这种方式非常稳定和灵活，并且已经证明了在系统地减少RCM偏差方面比参数方法具有更高的技能。为了避免在未来期间抑制新的极端值(即校准范围之外的值)，我们通过使用校准范围之外的最小值和最大值的校正项来实现。虽然这种简单的启发式外推可以通过使用极值理论的方法来改进，但它被证明是稳定的，并且比未修正的模型输出有更好的结果。然而，必须记住的是，虽然分位数映射在消除偏差和调整分布方面非常成功，但它无法从RCM中大幅改善时间序列的时间结构，也无法适当纠正大气环流中的偏差。此外，一些研究表明，偏差校正可以适度地改变模拟的气候变化信号。然而，我们基于原始RCM输出(未显示)进行了平行分析，得出了与提出的均值变化研究类似的定性结论。

3.全球气候增暖2℃何时可能达到？

在本研究中， 2℃期被定义为，与“工业化前”时期的1881-1910相比，30年全球平均温度达到 2℃的时间。为了定义 2℃周期，我们分析了过去观测到的温度和未来预测的温度。为此目的，对下列全球观测数据集进行了分析: GISS LOTI、HadCRUT3和NOAA NCDC。与工业化前时期最匹配的数据集共有的时间段是1881-1910年。因此，我们认为工业前至基准期的升温，是指1881-1910年至1971-2000年30年的平均气温上升(图1 )。这三个数据集显示了从工业化前时期到基准期的平均过去增温为0.46k。从基准期1971年-2000年开始，计算了6个GCM运行30年的平均值。 2℃期间由GCM运行30年的平均值超过 2℃阈值的年份确定。预计 2℃期显示出相当大的差，从2014-2043年到2038-2670年，相应的中心年份分别为2028年和2052年。本分析中使用的6个GCM的子集(表1 )仍然涵盖全球温度的相同范围，因此，与ENSEMBLES GCM相比，在这方面不应丢失大量信息，尽管可能会缩小区域变量的范围。此外，与53次模拟的整个CMIP3 A1B相比，GCM错过了一些灵敏度较低的模拟。CMIP3模拟 2℃从2029年升温到2075年，中位数为2049，而选定的GCM在2045年左右达到 2℃。图1显示了典型排放路径为RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5的CMIP5模拟中的全球变暖比较。虽然大多数RCP2.6模拟根本达不到 2℃，但RCP4.5模拟在2050年左右达到，RCP8.5模拟在2042年左右达到(中值)。这意味着，除了RCP2.6之外，其他显示的排放情景最有可能导致2042年至2050年相对狭窄的时间窗口内的 2℃变暖，而在21世纪下半叶，预计情景之间的差异会更大。

4.稳定性评估

最近提出了一些评估预测气候变化的稳定性的方法，对签署的模型一致性进行了区分，并对个别模型变化的统计意义作了一些说明。它们通常显示的气候变化信号，但仍可能包含对决策者有用的信息(例如，预测的变化很小，在统计上不显著，但模型在符号上一致)。这里，我们基于模型之间的一致性简单地定义稳定性。为了使总体变化被认为是稳定的，15个模型中的12个至少必须在符号上一致(阈值基于具有95%的置信区间)。在随后的图中，未获得这种一致的区域用灰色填充。未来的研究将采用更广泛的EU CORDEX模拟和多种社会经济情景，对不确定性进行更深入的调查。

图1。全球平均气温( 30年平均运行；灰色线)，用于SRES A1B集成和RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5 CMIP5模拟，超过 2℃阈值(红色粗体水平线)。与工业化前(1881–1910)相比的平均观测温度在上面板中用黑线表示。每种排放方案达到2℃目标的CMIP3和CMIP5集合中值年显示为黑色垂直线，而红色垂直线表示本研究六个GCM的中值年，以红色突出显示。由于大多数RCP 2.6模拟稳定在 2℃以下，因此未显示超出年中值。

5.在全球变暖2℃下，欧洲的变化情况

在全球变暖2℃下，欧洲区域变暖的总体平均预测一般在1.5到2.0℃之间，这取决于不同区域。因此，欧洲气温变暖主要在1971-2000年(图2(a))。只有欧洲西北部(特别是不列颠群岛和法国)的相对增温幅度较低，即低于1.54℃。冬季的增温幅度较夏季高(图2(C))。模拟变化的分布，是根据季节(未示出)在大约0和1℃之间的范围内，以单个模型变化之间的标准偏差来测量。当比较 2℃处模拟温度变化的分布与2031-2060固定时间段(其平均温度变化大致相等)的温度变化的分布时，很容易看出GCM中与对辐射强迫有关的不确定性的消除(图2 (C))。

图3显示了RCM分别在冬季和夏季模拟的控制期和 2℃期之间的平均温度变化。这提供了关于整个欧洲变暖模式的信息。平均变化的模式与若干区域研究中对固定时间段的描述相似:所有模式的温度都有所上升，欧洲东北部和东部的冬季(2-3℃)和南欧的夏季(2-3℃)的温度都有所上升。除不列颠群岛和冰岛外，大部分地区的区域变暖超过了全球变暖，在这些地区，北大西洋变暖的影响在所有季节都可以看到。夏季，北海和波罗的海附近也出现了相对较小的变暖。所有区域都经历了强有力的升温(温度的稳定性未显示，因为它覆盖了所有区域)。变化的总体标准偏差仍然比任何地方(未示出)的变化幅度小得多(大约小3-10倍)。

图2 . (a)与参考期1971-2000年相比，欧洲各区域的年平均温度在相当于全球平均变化 2℃的时期内的年平均变化。1971-2000年至2℃期间的全球温度变化( 1.54℃)标为虚线。( b )与( a )相同，以百分率计算的雨量变化。实线表示降水没有变化，红色虚线表示相对于工业化前全球变暖2℃时，温度变化1.54℃。( c )地表温度和( d )降水变化的空间平均值，以及GCM - RCM集合的变化范围。开口条是指固定时间的未来时段(2031–2060)，灰色条是指温度控制( 2℃ )时段。

这些空间差异对于随后的影响很重要。伊比利亚半岛和地中海区域夏季气温变化较大，因此将加剧现有的与温度有关的影响，如用于冷却的能源。然而，北欧冬季升温幅度较大，将产生积极和消极的影响，包括冬季升温减少。从可能影响的模式来看，这揭示了整个欧洲的重要分配后果，即使在全球增暖2℃目标下也是如此。

图3.1971-2000年和 2℃期间气温、降水和海平面气压的季节平均变化。顶部显示冬季变化，底部显示夏季变化。

对降水也进行了类似的分析。当在PRUDENCE区域平均时，南部区域的年平均降水量大幅减少约10%，而北欧的年平均降水量可能增加10%以上(图2(b))。对每个季节的欧洲地表温度平均时，秋季和冬季的平均降雨量显著增加，但春季和夏季的变化没有显示出明显的迹象(图2(b)-(d))。在冬季，北欧地区，尤其是许多沿海地区，总体增幅最大，所有模型都服从增幅为10-15% (图3中间)。在南欧，除了少数几个地区(意大利南部、希腊)外，模型不服从增幅。相比之下，在夏季，模型一致服从中欧南部的降雨量将大幅减少约10-15 %，斯堪的纳维亚地区的降雨量也将增加。这些变化可能会加剧整个欧洲现有的水管理问题，即在已经面临高温和蒸发压力的夏季，南方的干旱情况可能会增加。所有模式都服从变化迹象的唯一地区是斯堪的纳维亚地区(两个季节都有所增加)以及东南欧和伊比利亚半岛西海岸、法国和不列颠群岛南部的一些降水较小地区(夏季有所减少)。

一些气候变化信号出现在冬季海平面气压中(图3，右图)，东北地区气压较低，但信号不是很强。然而，这与气温和降水的变化是一致的，表明副热带干旱区扩展到南欧，北欧和斯堪的纳维亚的水文循环得到加强。夏季信号更为强劲，多数模型同意在整个南欧地区适度降低可持续的土地规划。这种适度的响应可以指示由于加热引起的局部热低压。这是目前情况下，伊比利亚半岛的一个共同特点，但今后这种现象的任何增加情况都需要比本研究报告所允许的情况做更明确的说明。夏季模式还表明，随着不列颠群岛上空的压力增加，冰岛上空的压力减少，北大西洋北部上空的南北压力梯度也在区域内增加。这种增加可能有助于解释斯堪的纳维

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