Nature Climate Change：全球陆地表面气温的演化进程

来源： JinTao.Li 生态学家 2019-01-09

研究背景

全球正经历着前所未有的增温态势，为了更好地理解气候变暖对经济、社会的影响，有必要对气候变暖的演化进程进行评估。然而，过去传统研究往往对气候变暖趋势的形状进行先验假设，比如直接通过线性拟合（linear）来获取气候变暖速率。然而由于气候变暖在空间和时间尺度上均具有异质性，而以前针对全球变暖开展的工作无法在时间、空间上提供非均匀升温的信息。为解决这个问题，需要在不同的时空尺度上诊断变暖的演变。

研究方法

对此，研究人员使用最新开发的非线性趋势检测方法-多维集合经验模式分解(multidimensional ensemble empirical mode decomposition, MEEMD)评估了全球陆地表面气温自1900年以来的变化进程。该方法不对温度趋势的形式做出任何假设。相反，它首先估计气候变率的所有振荡成分，这些振荡成分具有内在的时间尺度（季节、年际和十年或更长）变异。通过对各振荡成分进行一系列计算，最终得到气候变暖趋势，这种趋势的形式由完全是由数据驱动，能够有效还原信号本质。

EEMD很好地捕捉到了全球温度的变化。(黑线: 全球年均温距平 (HadCRUT4)；红线: EEMD拟合趋势；蓝线: EEMD+年代际振荡；绿线: 线性拟合。MEEMD就是基于EEMD开发而来的。)  图源于评论文章

研究结果

研究发现，全球陆地整体自1900年至今在不断变暖。在20世纪的前几十年，增温速率较小，随后在四十年代至七十年代间，增暖逐渐加速，并在八十年代加速停止。增温速率在各个地区也都不同。变暖最先开始于北半球的高纬度和亚热带地区，随后南半球亚热带地区开始增暖，而热带地区则经历了一个先变冷，再变暖的过程。自1900年至今累积变暖最剧烈的区域，是位于北半球中纬度地区的生态系统极为脆弱的干旱和半干旱区域，最近几十年增温速率最大的区域是在北半球的中纬度区域，达到了每10年增温0.4 °C，而位于该区域内的亚洲、欧洲和北美大陆则经历了自1990年至今最为剧烈和快速的增暖。研究同时发现，世界上的某些地区也在变冷。

Figure 1 | 全球陆地表面气温的变暖幅度

Figure2 | 全球陆地表面气温的变暖速率

Figure3 | 全球陆地表面气温在纬度梯度上的变化幅度

研究意义及展望

MEEMD的优点是它可以应用于非平稳和非线性数据，该研究应用MEEMD评估了全球自1900年的温度变化，表明全球变暖在时间和空间都是不均匀的。该研究有助于提高我们对气候系统非线性的年代际变化特点的理解，从而有利于提高下一代地球系统模型模拟非线性趋势的能力。然而，目前作者对图2和图3所示的变暖趋势暂无给出合理解释，这其中的原因有待进一步研究。

原文：Evolution of land surface air temperature trend

期刊：Nature Climate Change

作者：一作：季飞（兰州大学大气科学学院）；通讯：吴召华【Florida State University（佛罗里达州立大学）】

时间：2014-5-4

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