SW és LW hozzájárulások az energia felhalmozódásához
először részletesebben megvizsgáljuk a CMIP5 GCMs globális sugárzási válaszát egy hirtelen ÜHG-kényszerre (4 GB CO2) (az ábrán látható. 2). Az OLR anomáliák alakulása jelentősen eltér a GCMs között (ábra. 2D). Ezt a választartományt azzal az idővel (tcross) jellemezzük, amely ahhoz szükséges, hogy az OLR visszatérjen zavartalan értékéhez*; a tcross 2-től 231 y-ig terjed, együttes átlaga 19 y (Lásd az ábrát. 4A).
(a) A globális átlagos felületi hőmérséklet-változás Idősorai a CMIP5-ben 4CL CO2 szimulációk. Az egyes modelleket a színes vonalak jelzik, a színkódot pedig a 150.év hőmérsékletváltozása jelzi (a színsáv az ábra közepén található). Az együttes átlagát a szaggatott fekete vonal mutatja. B) az éghajlati rendszer hőkapacitása, amelyet úgy határoznak meg, mint a globális időben integrált energiafelhalmozódás osztva a felszíni hőmérséklettel (Eq. 1) az óceánoszlop tényleges mélységének egységeiben (bal tengely) és a sugárzó e-hajtogatási időskála egységeiben (a hőkapacitás negatívja osztva az együttes átlagos nettó sugárzási visszacsatolással), amely -1,1 W m−2 K−1; jobb tengely). C) az ASR-válasz Idősorai, ahol a folytonos vonalak a GCM-értékek, a szaggatott vonalak pedig a lineáris visszacsatolási modell (Eqs) előrejelzései. 1. és 2.) a GCM-specifikus hőkapacitás, kényszerítések és visszajelzések használata. A folytonos fekete vonal a GCM együttes átlaga, a szaggatott fekete vonal pedig a lineáris visszacsatolási modell előrejelzése Az együttes átlagos hőteljesítményének, erőinek és visszajelzéseinek felhasználásával. D) ugyanaz, mint a C pontban, kivéve az OLR-választ.
ezen megállapítások értelmezéséhez a globális TOA energiaköltségvetés általánosan használt linearizációját alkalmazzuk:d(C TS)dt=FSW+FLW+(blokklánc+) ts, ahol TS a globális átlagos felületi hőmérsékleti anomália,C pedig az időfüggő globális hőkapacitás. Eq. Az 1. ábra a globális hőtartalom változásának sebességét a globális TOA energia felhalmozódásának sebességével kapcsolja össze, amelyet az SW és LW sugárzó erők (FSW és FLW) és a sugárzó válaszok (blokklánc és blokklánc) összege ad meg (6). Az OLR és az ASR anomáliái tovább kifejezhetők asASR=FSW+XXI. évfolyam
és-OLR=FLW + XXI. évfolyam.
az egyes GCM-ekre vonatkozó sugárzó visszacsatolások (ca) az ASR és OLR lineáris regressziójával becsülhetők meg (ábra. 2 C és D) TS – sel (ábra. 2A) a 4-et követő időszak alatt a CO2, ahol a sugárzási kényszerítés megközelítőleg állandó (7, 8). Ezenkívül a CO2-kényszerítés LW és SW komponensei (FLW és FSW) a regresszió TS=0 elfogásával becsülhetők meg. A cmip5 GCMs (S1 táblázat) kényszerítő és visszacsatolási értékei összhangban vannak az Andrews et al. (10).
Az Eq meghatározása szerint. 1, a tényleges hőkapacitás C (ábra. 2B) az időintegráltegy energiafelhalmozódás osztva TS-vel. Régóta felismerték, hogy az éghajlati rendszernek nincs egyetlen hőkapacitása (vagy jellegzetes relaxációs ideje) (11). Valójában a C az idő múlásával növekszik, amikor a hő behatol a felszíni vegyes réteg alá és az óceán belsejébe (12-15). A CMIP5 GCMs esetében a C egyenértékű 50 m-es óceánmélységnek felel meg az első évtizedben, miután a CO2 4 volt, és az idő múlásával növekszik, és egy évszázad után több száz méter egyenértékű mélységet ér el (ábra. 2B). A C időfejlődése az SW és az LW visszajelzések értékeivel együtt lehetővé teszi az Eq iterációját. 1, amely pontosan reprodukálja az egyes GCM felületi hőmérséklet-válasz TS-jét (ábra. 2A). ASR és OLR jósolta Eq. 2 kiváló egyetértésben vannak a megfelelő válaszokkal a következő 4-et követően. 2 C és D), és a tcross varianciájának túlnyomó többségét (99% – át) teszik ki a modellek között. Így az éghajlati visszajelzések egyszerű ábrázolása (Eqs. 1 és 2) minden, ami szükséges ahhoz, hogy megértsük az ASR és az OLR válaszát az üvegházhatást okozó gázok kényszerítése alatt.
betekintést nyerhetünk a GCM viselkedésébe, ha figyelembe vesszük az ASR és az OLR értékeit, amelyek szükségesek ahhoz, hogy elérjék a TOA energiaegyensúlyt (egyensúly) egy kiszabott ÜHG kényszerítéssel. Ha a kényszerítés és a visszacsatolás csak az LW-ben működött (mint az ábrán. 1A), az OLR-anomália −FLW = 0 értékről nőne 4 után Bitcoin CO2 (Eq. 2), és a globális energia felhalmozódást teljes egészében a csökkent OLR vezérelné. A multi-GCM átlagban azonban van egy jelentős pozitív SW visszacsatolás az kb = 0,6 W m – 2 K−1 mellett a negatív LW visszacsatolás nak,−nek kb=-1,7 W m−2 K-1 (ábra. 3A). Ennek eredményeként az ASR növekszik a felmelegedéssel, hozzájárulva a globális energia felhalmozódásához. Ezenkívül a pozitív Xiao-SW felerősíti az egyensúlyi hőmérséklet-választ egy nyereségfaktorral (G. A. S. A. S. A.), amely a (z) 1.5 relatív, hogy egy rendszer LW visszajelzéseket csak, whereGλSW≡1/(1+λSW/λLW).A multi-GCM átlagos OLR-nek tehát 1,5 FLW −val kell növekednie 4 után) 6ctbcctb CO2 (- FLW-ról 0,5 FLW-ra) az egyensúly eléréséhez (Eq. 2). Így az OLR visszatér a zavartalan értékéhez, amikor 1flw/1,5 FLW az egyensúlyi hőmérsékleti válasz 66% – a megvalósult. Ezt az időtartamot az alábbiakban becsüljük meg. Ha egyelőre feltételezzük, hogy az első néhány évtized felmelegedése állandó hőkapacitással közelíthető meg C, Eq. Az 1 könnyen megoldható a felületi hőmérséklet időbeli alakulására, megadva a következőket: = G(E−tt−1),ahol=−C (C) (C)).Az Eq-Tól. 4, az egyensúlyi hőmérsékletváltozás 66% – A, amely ahhoz szükséges, hogy az OLR az ipar előtti értékekre helyreálljon, körülbelül időben érhető el. Ha az együttes átlagát vesszük C az első században a 4-ből a CO2-szimulációk az első néhány évtized értékének felső határaként (C) 250 m-re az ábrától. 2B), majd Eq. Az 5.ábra felső határt határoz meg a). Az együttes átlagos visszacsatolási értékei (S1 táblázat), Eq. Az 5. ábra 29 y-t ad, ami jó összhangban van a cmip5 együttes átlagos OLR helyreállítási időskálával tcross=19 y. a tcross utáni minden alkalommal az energia elvész a fokozott LW-kibocsátás révén, és az energia felhalmozódása kizárólag a fokozott ASR-nek köszönhető. Így az SW és LW anomáliák relatív hozzájárulása a teljes energia felhalmozódáshoz közvetlenül függ attól az időtől, amely alatt az OLR visszatér és átlépi a zavartalan értékét (tcross). A multi-GCM átlagban az OLR helyreállítása csak két évtizedet vesz igénybe, így az energia felhalmozódása elsősorban a fokozott ASR-nek köszönhető.
(a) a kontúrok a lineáris visszacsatolási modellben (EQ) mutatják a tcross érzékenységét az LW és az SW visszacsatolási paraméterekre (ca). 6) feltételezve, hogy a kényszerítés mind az LW-ben van, és 250 m-es óceánmélység—ekvivalens időinvariáns hőkapacitást használ-a GCM átlag az első században. Az árnyékolt fekete régió az a paramétertér, amely felett nincs egyensúlyi megoldás, az árnyékolt rózsaszín régió pedig az a paramétertér, amely felett az OLR soha nem tér vissza zavartalan értékére. Az egyes GCM eredményeket a körök adják, amelyeket a tcross színkódol (a színsáv az ábra közepén található). A szürke ellipszis, a szaggatott vonalak mutatják a megfigyeléses becslések λLW, valamint λSW ± 1 SD (σ). B) a tcross érzékenysége az SW kényszerítő nyereségre (GFSW) és az SW visszacsatolási nyereségre (G), feltételezve, hogy 29 y (a GCM átlag az első században) EQ-ban. 8.
akkor mi határozza meg a TCROSS nagy tartományát a CMIP5 GCMs-en? Míg az egyensúlyi felmelegedés jelentős hányadát az első néhány évtizedben minden GCM—ben (15, 18)—az éghajlati rendszer felszíni összetevőinek gyors reakciója miatt (12) – az ASR és az OLR felmelegedésre adott válaszai (és a tcross) az SW és az LW visszajelzéseitől függenek, amelyek jelentősen eltérnek (ábra. 3A). A tcross függése a visszacsatolási paraméterektől kifejezetten látható a tcross lineáris visszacsatolási modelljének megoldásával (feltételezve, hogy FSW = 0). Eq Helyettesítése. 4 EQ. 2 és a t=tcross azonosítása, mint az az idő, amikor OLR = 0 ad FLW=Flwg XXL-SW (etcross/ca / 1), amelynek megoldása vantross= – XXL Ln (1−1g XXL-SW).
Eq. A 6. ábra azt mutatja, hogy az OLR visszanyerési idő arányos (i) a sugárzó e-hajtogatási időskálával, amely több évtizedes nagyságrendű, és (ii) Ln(1-1/G)=Ln(−kb) tényezővel (1-1/g), amely a multi-GCM átlagban 1, de a GCMs-ben két nagyságrenddel változik. A pozitív SW visszacsatolás felerősíti a felmelegedést, ezáltal fokozza az OLR választ, és csökkenti az OLR helyreállításának időtartamát. Sőt, a tcross sokkal érzékenyebb a változásokra a GCMS-ben megvalósított paramétertérben, mint a GCMS-ben (görbék az ábrán. 3A), ami arra utal, hogy a tcross modellközi különbségeit elsősorban az SW visszajelzések variációi szabályozzák. Ez az eredmény egy alapvető aszimmetriából fakad, amely az OLR-nek az auplex-től és az auplex-től való függésében rejlik: egy pozitívabb auplex a felmelegedést erősíti, ami fokozza az OLR-t és csökkenti a tcross-t; egy kevésbé negatív auplex a felmelegedést erősíti, ami fokozza az OLR-t, de csökkenti az OLR-választ a TS-változás fokára (Eq. 2), összesen vezetés csak kis változások tcross.
sok egyszerűsítése ellenére, Eq. A 6. ábra ésszerű becslést ad a GCMs által szimulált tcross-ról, elmagyarázva a modellek közötti variancia 66% – át (ábra. 3A). Különösen nagy vonalakban rögzíti a rövid OLR helyreállítási időt a CMIP5 modellekben, amelyek nagy és pozitív CBS értékekkel rendelkeznek, valamint a hosszú OLR helyreállítási időt a nulla közeli kb-val rendelkező modellekben. Van néhány figyelemre méltó kivétel, azonban, ahol Eq. 6 lényegesen kisebb tcross-t jósol, mint amennyit megvalósítanak. a tcross alulméretezett ezekben a modellekben, mert még nem számoltuk el a CO2-kényszerítés SW komponensét, ami néhány GCMs-ben jelentős, mivel a gyors felhőbeállítások az időskálákon gyorsabban fordulnak elő, mint a felszíni hőmérséklet-változások. A fent tárgyalt SW visszacsatolási esettel analóg módon az SW kényszerítés felerősíti az egyensúlyi hőmérsékleti választ egy SW kényszerítő erősítési tényezővel, GFSW, a rendszerhez képest, csak LW kényszerítéssel:GFSW 1 + FSWFLW.
a pozitív SW-kényszerítés felerősíti a felmelegedést, fokozza az OLR-választ és csökkenti a tcross-t, míg a negatív SW-kényszerítés csökkenti a felmelegedést, csökkenti az OLR-választ és növeli a tcross-t. Beleértve a hatását SW visszacsatolás és kényszerítve együtt ad egy egyszerű kiterjesztése Eq. 6, ahol a nyereség multiplikatív (SI szöveg):tcross=−XHamster Ln(1−1g)). a multi-GCM átlagban az fsw viszonylag kicsi (s1 táblázat), így a GFSW 1.1-et ad, és a tcross-t kevéssé módosítja az EQ által jósoltaktól. 6. Egyes modellekben azonban az FSW a teljes CO2-kényszerítés jelentős része (ábra. 3B), így nagy hatással van a tcross-ra. Az FSW-t figyelembe véve, Eq. A 8. ábra kiváló becslést ad a GCMs által szimulált tcross-ról, megmagyarázva a modellek közötti variancia 78% – át.
Ha az EQ-ban állandó értéket használunk 29 Y. 8, a tcross függése a visszacsatolástól és a nyereség kényszerítésétől láthatóvá válik (görbék az ábrán. 3B). a tcross nagyon meredek gradiensekkel rendelkezik abban a régióban, ahol a G. A. és a Gfsw terméke megközelíti az egyiket, ami a tcross bimodális eloszlásához vezet, és az OLR visszatér a zavartalan értékekhez akár néhány évtized alatt, akár egy évszázadnál hosszabb időintervallumokban. Bár GλSW, valamint GFSW egyenlő módon járul hozzá tcross, GλSW változik egy nagyobb összeget, mint GFSW át Nézzük. Így az SW visszacsatolás a legerősebben szabályozza a tcross tartományát, valamint az OLR és az ASR relatív hozzájárulását a globális energia felhalmozódásához. Azonban a kellően negatív FSW-vel rendelkező modellekben (GFSW<0) a tcross évszázadok sorrendjében lehet, még nagy és pozitív is) is. Általában az OLR évszázados időskálákon tér vissza gyenge SW visszajelzéssel vagy gyenge (vagy negatív) SW kényszerítéssel rendelkező modellekben, az OLR pedig több évtizedes időskálán tér vissza mérsékelt SW visszajelzéssel és SW kényszerítéssel rendelkező modellekben. Ez az eredmény tovább látható, ha a lineáris visszacsatolási modellben (EQ. 1), és a (z) c, FLW, és a (z) c és a (z) c érték együttes átlagértékével egyenlő. A tcross előre jelzett értékei kiválóan megegyeznek (R2=0,98) a GCMs által szimulált értékekkel (ábra. 4A), kivéve két modellt, amelyek C-je sokkal nagyobb, mint az együttes átlagértéke. Fontos, hogy csak az a lehetőség, hogy csak a CC-k és az FSW-k változzanak a modellek között, elegendő ahhoz, hogy egyértelműen elkülönüljön (I) azok a modellek, amelyekben a tcross évszázadok sorrendjében van (fekete körök az ábrán. 4A), ahol a globális energia felhalmozódás uralja csökkentett OLR, és (ii) azok a modellek tcross a sorrendben évtizedek (színes körök ábrán. 4A), ahol a globális energiafelhalmozódást a fokozott ASR uralja, szemben a fokozott OLR-rel.
(a) Scatterplot tcross a CMIP5 4) a CO2 szimulációk és azok által megjósolt lineáris visszacsatolási modell (Eq. 8) a GCM-specifikus XXIII és FSW használatával a GCM ensemble átlagos XXIII, FSW és hőkapacitása. Az egyes körök kitöltési színe az egyes GCM-ek tcross-ját jelzi a 4) – ben. A fekete szaggatott vonal az 1: 1 vonal. (B) ugyanaz, mint az A, kivéve, hogy scatterplot a káromkodás értéke a 1% CO2 növekedés évente szimulációk.
ezeket a felismeréseket szem előtt tartva visszatérünk az ASR és az OLR relatív szerepéhez a globális energiafelhalmozódás irányításában az évi 1% CO2-növekedés forgatókönyv szerint, ahol az ÜHG-koncentrációk az idő múlásával lassan növekednek, mint a természetben, ahelyett, hogy hirtelen megnégyszereződnének. A fokozott ASR és a csökkent OLR relatív szerepének számszerűsítése a tranziens energia felhalmozódásban az SW energiafelhalmozódási arányt (eskü) úgy határozzuk meg, hogy az időintegrált energiafelhalmozódás aránya a fokozott ASR-en keresztül az időintegrált nettó sugárzási egyensúlyhiányhoz (ASR-OLR) az 140 y 1% CO2 szimulációk:eskü=xhamster ASRdt(ASR − OLR)dt.Az eskü értékei jelentősen eltérnek a GCMs – ben (ábra. 4B), közel nulláról (elsősorban a csökkentett OLR által felhalmozott energia) közel háromra (a fokozott ASR által felhalmozott energia, a fokozott OLR által elveszített energia). A 0 és 1 közötti eskü az energia felhalmozódását jelzi mind a fokozott OLR, mind a csökkentett OLR révén, míg a 0,5 feletti eskü azt jelzi, hogy az ASR a globális energia felhalmozódásának több mint felét teszi ki. A multi-GCM átlagban a káromkodás 1,1, ami azt jelzi, hogy az OLR alig változik, és hogy a nettó energia felhalmozódása teljes egészében fokozott ASR-rel történik (ábra. 1D).
a GCM viselkedésének ez a tartománya lassan növekvő ÜHG-kényszerítés mellett közvetlenül az OLR helyreállítási időskálák tcross-jából következik, amelyet az ÜHG-k hirtelen változása alapján azonosítottak, amelyet viszont az SW visszajelzések és kényszerítés közötti modellek közötti különbségek határoznak meg. Valójában a lineáris visszacsatolási modell (Eqs. 1. és 2. paraméterekkel a fent leírt 4-ből becsült CO2-ból) 1% CO2 alatt előre iterálva rögzíti a multi-GCM ASR és OLR választ (szaggatott vonalak az ábrán. 1D) és azok variációi a modellek között. A lineáris visszacsatolási modell tehát az Inter-GCM varianciát is rögzíti eskü alatt (95%), ahol az inter-GCM variancia túlnyomó többsége (85%) csak az aplikáció (az aplikáció) és az fsw változásával magyarázható. 4B).
ábra. A 4B egyértelmű különbséget mutat a 0,5 (OLR-dominált) esküvel rendelkező és az 1 (ASR-dominált) esküvel rendelkező modellek között. Továbbá a 0,5 esküvel rendelkező modellek a tcross-szal vannak az évszázadok sorrendjében (ábra. 4B, fekete körök), és a modellek eskü alatt 1 ugyanazok, mint a tcross a sorrendben évtizedek (ábra. 4B, színes körök). Ez az erős függőség esküszöm tcross lehet érteni figyelembe véve a válasz 1% CO2, mint a szuperpozíció sok válasz pillanatnyi CO2 kényszerítve, minden kezdeményezett egy másik időpontban. Formálisabban azt az időt (csavargót), amikor az OLR visszatér a zavartalan értékére a co lineáris növekedésére reagálva 2 a kényszerítés (SI szöveg)tramp= ++ −val közelíthető meg1-1G kb gfsw=tetcross/XHamster.Az évtizedek sorrendjében a tcross modelleknél a tRAMP is évtizedek sorrendjében van, a káromkodás pedig nagy. A tcross-szal rendelkező modellek esetében a tRAMP több évszázados sorrendben van, a káromkodás pedig kicsi. Összességében a tcross magyarázza az Inter-GCM variancia 83% – át eskü.