利用IPCC气候模式模拟二十世纪南极气温和降水外文翻译资料

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利用IPCC气候模式模拟二十世纪南极气温和降水

我们比较了最新的南极近地面气温和降雪观测数据集与支撑IPCC第四次报告的全球气候模式模拟的20世纪结果。在1960-1999年，由全球气候模式模拟的南极年降雪量趋势与实际观测结果一致，并且累积降雪对近地面气温波动的灵敏度与实际观测观测一致，约为5%K^-1。这样如果南极气温像预计的那样增长的话，降雪增加或许会通过缓解到2100年为止全球海平面每年增加的1mm而部分的抵消冰盖质量的减少。然而由全球气候模式模拟的南极近地面气温每年增加的趋势是实际观测结果的2.5~5倍，可能由于不符合实际水蒸气增加的辐射影响。分析在全球气候模式中影响南极温度变化的动力和辐射因子的相对贡献表明对于21实际预测更加强健。引自：Monaghan, A. J., D. H. Bromwich, and D. P. Schneider (2008), Twentieth century Antarctic air temperature and snowfall simulations by IPCC climate models, Geophys. Res. Lett., 35, L07502, doi:10.1029/2007GL032630.

1. 引言

建立南极近地面气温和累计降雪（未来降雪）的几十年大陆尺度的记录对于理解区域气候变化和阐明南极冰盖在全球海平面变化中的角色是至关重要的。产生这样的记录是具有挑战性的，原因在于南极稀疏的观测网。在20实际后叶随着技术的革新，最近几项研究增强了近地面气温和降雪时空记录。

一些研究已经评估了全球气候模式（IPCC-AR4）中对南极气候的模拟，表明与IPCC-AR3相比在模拟区域模式近地面气温趋势上有了关键性的质量提高但是仍然有提高的地方。我们的研究基于前人的工作上通过采用一些新的观测资料对在大陆尺度上的IPCC-AR4五个典型全球气候模式量化评估，从而为21实际南极气候预测提供了一个质量度量标准。

1. 数据和方法

我们使用了S06和M08基准观测站近地面气温资料，以及M06降雪资料。M06和M8数据集(1°times;1°格点资料)都被Vaughan等通过大陆海洋标记，对南极大陆和冰盖的格点赋予权重，编辑到大陆尺度年平均值（季节性近地表温度）。S06近地表气温数据是基于冰芯水稳定同位素代理的，由现代站点近地面气温数据校准的，年度大陆尺度的，时间跨度为1800-1999年。M08近地表气温数据是通过使用从大气模式中近地面气温领域得到的背景时空信息，在时空上外插近地面气温站点数据得到的，月度的，时间跨度为的-2005年。评估M08数据发现变化和趋势与其他大陆尺度的近地面气温数据、从全大陆每个季节的独立站点观测数据一致。M06降雪数据是对一系列冰芯降雪数据应用了一种类似于外推技术计算得到，时间跨度为1955-2004年。敏感性分析表明这项技术是可靠的并且最后得到的数据与早期的研究结果中南极降雪在二十世纪九十年代中期增长这一现象一致。从二十世纪九十年代中期开始在降雪上的衰减，呈现出从1955年到2004年总体的降雪趋势在统计学上不重要的。总体上说，对应用于此项研究的基于观测的数据的评价，表明他们可以反映出变化和趋势，这样用以上数据来评估全球气候模式南极近地面温度和降雪在20世纪的趋势模拟情况就是适当的。

IPCC4中的五个全球气候模式模拟结果来自于CMIP3耦合模式数据集 。为了确定结果是否可靠，所选择的模式必须包含至少四个全套成员（包含19/20世纪）和21世纪集合，尽管这项研究只有19/20世纪是被分析过的。下面我们将提出理由所选择的模式提供了提供了一种关于南极气候模拟对于所有23个IPCC4中的气候模式来说有代表性的例子。结果来自于基于来自于每个模式情景平均值的个体模式，庞大集合的结果基于运行20次（物种模式，每个模式四次运行）的集合。在每个格点的降雪计算公式为降水量-蒸发量。大陆尺度时间序列是由每个模式中由大陆海洋区分开的陆地和冰盖格点上每个变量面积加权平均值计算得到的。趋势和敏感性估计的置信区间是由p值和回归标准误差估计得到，自相关是为了解释当使用滑动平均时减少自由度。

1. 结果和讨论

南极NSAT和降雪异常比较的逐年的观测和模拟时间序列如图一所示。使用GCM集合强调强迫变化的信号,但抑制了内部相比观测值来说高频的变化。然而,集合的使用并不影响趋势:所有20个成员模拟有统计学意义(p lt; 0.05)，从1880年到1999年NSAT的增加比观测值更剧烈,这与图一中显示的模式结果一致。查普曼和沃尔什[2007]从一个更大的样本，11个IPCCAR4模型，分析60-90年代NSAT时间序列平均值，都在20世纪和21世纪的有类似规模的稳定增加，5个模型如图1所示。4个模式在1901 - 1999年趋势与全球大气环流模型常见到这两项研究排名第一(GIS),第三(NCA)、第五(MRI)和第八(MPI)，从11个模式中中从小到大排序模型,表明这里的5个模型评估提供一个具有代表性的IPCCAR4全球大气环流模型。图一显示了一个稳定的增长在降雪模型在整个时期。在整个20世纪的后四十年，与观测相比全球大气环流模型有增长的降雪趋势。由于GCM记录较短，目前尚不清楚这个模型在降雪观测上数值较低Uotila等[2007]对15个IPCC AR4模型(包括已经出现的5个)的在20世纪晚期南极趋势，并找到模型之间的较大差异,再与全球分析结果进行比较。Uotila等(2007)的结果表明,我们的5个全球大气环流模型证明了15个模型大范围降雪的趋势。

关于逐年的NSAT和降雪趋势时间序列在图一表示，量化在表二。1880-1999年期间,GCM集合的NSAT趋势约是统计学上不相关的观测值的3.75倍，和个人集合体范围从2.5至5倍。在最近的1960年至1999年期间,GCM NSAT趋势大约是他们在1880-1999的两倍。南极l比观测值更高 NSAT可能原因的增加模型的研究。1960-1999年的季节性NSAT趋势,草GCM乐团相互比较和年度趋势。在所有季节他们都是具有高度统计学意义,强调稳步增加和一般集合成员间的一致性,类似于年度情况如图一所示。他们比在所有季节观察到的趋势都更明显,虽然在夏天(DJF)他们几乎相同的观测( 1.09 K最初几年观察和 1.11 K最初几年草)。然而,大型观察的统计不确定性趋势表明他们不是强劲;如果观察到的DJF趋势计算1960 - 2002年而不是1960 - 1999,他们的大小减少了约8倍( 0.13 K最初几年)。GIS模型整体是最类似于观察,有最小的趋势(所有无关紧要的)在所有四个季节。观察和GCM草1880 - 1999年度NSAT趋势统计不同(p lt; 0.05),但在1960 - 1999它们并不是统计学上的不同(每年和季节性)。

1. 结论

在全球大气环流模型中逐年的降雪趋势与1960-1999年期间观察一致,但1880-1999年NSAT逐年趋势大了2.5倍。我们的研究结果表明,比观测值大的GCMNSAT趋势可能与大气中的水蒸气不切实际的增加有关，超过了在南极洲表面其的长波辐射强迫。长波辐射趋势的回归关系呈现在图二上，表明长波辐射的积极贡献,1880-1999年南极NSAT趋势在全球大气环流模型是大约4倍(整体)的负贡献综合(至少2倍在1960 - 1999年总趋势是最大的)。南极NSAT单调增加的全球大气环流模型可能与自19世纪以来稳步上升的温室气体有关,也许导致一个放大GHG温度水蒸气反馈,导致比观测值更大的NSAT趋势。IPCC AR4模型项目,总体将继续加强在21世纪(如Fyfe Saenko,2006),因此,它应该是一个优先级澄清的相对总和和辐射强迫在南极的温度以及它们如何可能会改变。在这些问题解决之前,联合国政府间气候变化专门委员会在预测21世纪南极温度时应该保持谨慎。

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