Polar forstærkning - Polar amplification

NASA GISS temperatur trend 2000–2009, der viser stærk arktisk forstærkning.

Polar forstærkning er det fænomen, at enhver ændring i nettostrålingsbalancen (f.eks. Drivhusintensivering) har en tendens til at producere en større ændring i temperaturen nær polerne end planetgennemsnittet. Dette kaldes almindeligvis forholdet mellem polar opvarmning og tropisk opvarmning. På en planet med en atmosfære, der kan begrænse emission af langbølget stråling til rummet (en drivhuseffekt ), vil overfladetemperaturerne være varmere, end en simpel planetarisk ligevægtstemperaturberegning ville forudsige. Hvor atmosfæren eller et omfattende hav er i stand til at transportere varmepolewards, vil polerne være varmere og ækvatoriale områder køligere end deres lokale nettostrålingsbalancer ville forudsige. Polerne vil opleve mest afkøling, når den globale middeltemperatur er lavere i forhold til et referenceklima; alternativt vil polerne opleve den største opvarmning, når den globale middeltemperatur er højere.

I yderste konsekvens menes planeten Venus at have oplevet en meget stor stigning i drivhuseffekten i løbet af sin levetid, så meget at dens poler er blevet tilstrækkeligt varme til at gøre dens overfladetemperatur effektivt isotermisk (ingen forskel mellem poler og ækvator). På Jorden giver vanddamp og sporgasser en mindre drivhuseffekt, og atmosfæren og de store oceaner giver effektiv poleward -varmetransport. Både palæoklimaforandringer og nylige ændringer i global opvarmning har udvist stærk polær forstærkning, som beskrevet nedenfor.

Arktisk forstærkning er kun polær forstærkning af Jordens Nordpol ; Antarktisk forstærkning er den for Sydpolen .

Historie

En observationsbaseret undersøgelse relateret til arktisk amplifikation blev offentliggjort i 1969 af Mikhail Budyko , og undersøgelsens konklusion er blevet opsummeret som "Havis-tab påvirker arktiske temperaturer gennem overflade-albedo-feedback." Samme år blev en lignende model udgivet af William D. Sellers . Begge undersøgelser vakte betydelig opmærksomhed, da de antydede muligheden for en løbende positiv feedback inden for det globale klimasystem. I 1975 offentliggjorde Manabe og Wetherald den første lidt sandsynlige generelle cirkulationsmodel, der så på virkningerne af en stigning af drivhusgasser . Selvom den var begrænset til mindre end en tredjedel af kloden, med et "sump" hav og kun landoverflade på høje breddegrader, viste det en arktisk opvarmning hurtigere end troperne (som alle efterfølgende modeller).

Forstærkning

Forstærkende mekanismer

Tilbagemeldinger i forbindelse med havis og snedække er bredt omtalt som en af ​​hovedårsagerne til den seneste terrestriske polære forstærkning. Disse tilbagemeldinger er især bemærket ved lokal polarforstærkning, selvom nyere arbejde har vist, at tilbagefaldshastighedsfeedback sandsynligvis er lige så vigtig for is-albedo-feedbacken for arktisk forstærkning. Understøttelse af denne idé observeres stor forstærkning også i modelverdener uden is eller sne. Det ser ud til at opstå både fra en (muligvis forbigående) intensivering af poleward -varmetransport og mere direkte fra ændringer i den lokale nettostrålingsbalance. Lokal strålingsbalance er afgørende, fordi et samlet fald i udgående langbølget stråling vil producere en større relativ stigning i nettostråling nær polerne end nær ækvator. Mellem tilbagefaldshastighedsfeedback og ændringer i den lokale strålingsbalance kan meget af polær forstærkning tilskrives ændringer i udgående langbølget stråling . Dette gælder især for Arktis, hvorimod det forhøjede terræn i Antarktis begrænser indflydelsen fra tilbagefaldshastighedsfeedback.

Nogle eksempler på tilbagemeldinger fra klimasystemet, der menes at bidrage til den seneste polære forstærkning, omfatter reduktion af snedækning og havis , ændringer i atmosfæren og havcirkulationen, tilstedeværelsen af ​​menneskeskabt sod i det arktiske miljø og stigninger i skydække og vanddamp. CO 2 -tvinger er også blevet tilskrevet polær amplifikation. De fleste undersøgelser forbinder havisændringer med polar forstærkning. Både isudstrækning og tykkelse påvirker polær forstærkning. Klimamodeller med mindre havisudbredelse og tyndere havisdækning udviser en stærkere polar forstærkning. Nogle modeller af moderne klima udviser arktisk forstærkning uden ændringer i sne- og isdække.

De enkelte processer, der bidrager til polar opvarmning, er afgørende for at forstå klimafølsomhed . Polaropvarmning påvirker også mange økosystemer, herunder marine og terrestriske økosystemer, klimasystemer og menneskelige populationer. Disse virkninger af polær forstærkning har ført til kontinuerlig forskning i lyset af den globale opvarmning.

Havcirkulation

Det er blevet anslået, at 70% af den globale vindenergi overføres til havet og finder sted inden for den antarktiske cirkumpolære strøm (ACC). Til sidst transporterer opstandning på grund af vindspænding koldt antarktisk farvand gennem Atlanterhavets overfladestrøm , mens det opvarmes over ækvator og ind i det arktiske miljø. Dette bemærkes især på høje breddegrader. Opvarmning i Arktis afhænger således af effektiviteten af ​​den globale havtransport og spiller en rolle i den polære vippeeffekt.

Nedsat ilt og lav pH under La Niña er processer, der korrelerer med nedsat primærproduktion og en mere udtalt poleward-strøm af havstrømme. Det er blevet foreslået, at mekanismen for øgede afvigelser i arktisk overfladelufttemperatur i La Niña -perioder med ENSO kan tilskrives Tropically Excited Arctic Warming Mechanism (TEAM), når Rossby -bølger formerer sig mere poleward, hvilket fører til bølgedynamik og en stigning i nedadgående infrarød stråling.

Forstærkningsfaktor

Polar amplifikation kvantificeres i form af en polær amplifikationsfaktor , generelt defineret som forholdet mellem en vis ændring i en polartemperatur til en tilsvarende ændring i en bredere gennemsnitstemperatur:

  ,


hvor er en ændring i polartemperatur og er f.eks. en tilsvarende ændring i en global middeltemperatur.   

Almindelige implementeringer definerer temperaturændringerne direkte som anomalierne i overfladelufttemperatur i forhold til et nylig referenceinterval (typisk 30 år). Andre har brugt forholdet mellem variationerne i overfladelufttemperaturen over et længere interval.

Forstærkningsfase

Temperaturudviklingen i Vestantarktis (til venstre) er stærkt overskredet det globale gennemsnit; Østantarktis mindre

Det observeres, at opvarmning af Arktis og Antarktis normalt går ud af fase på grund af orbitalforcerende, hvilket resulterer i den såkaldte polære seesav- effekt.

Paleoklimat polær forstærkning

Pleistocænens glaciale / interglaciale cyklusser giver omfattende palæoklimatiske beviser for polær amplifikation, både fra Arktis og Antarktis. Især giver temperaturstigningen siden det sidste ismaksimum for 20.000 år siden et klart billede. Proxy temperaturregistre fra Arktis ( Grønland ) og fra Antarktis angiver polære forstærkningsfaktorer i størrelsesordenen 2,0.

Nylig arktisk forstærkning

Se også: Klimaændringer i Arktis og Rossby -bølgen § Amplifikation af Rossby -bølger
Den mørke havoverflade afspejler kun 6 procent af indgående solstråling, i stedet afspejler havis 50 til 70 procent.

Foreslåede mekanismer, der fører til den observerede arktiske forstærkning, omfatter tilbagegang i arktisk havis ( åbent vand reflekterer mindre sollys end havis ), atmosfærisk varmetransport fra ækvator til Arktis og tilbagefaldshastighedsfeedback .

Jennifer Francis fortalte Scientific American i 2017: "Meget mere vanddamp transporteres nordpå ved store svingninger i jetstrømmen . Det er vigtigt, fordi vanddamp er en drivhusgas ligesom kuldioxid og metan. Det fanger varme i atmosfæren. Det damp kondenserer også som dråber, vi kender som skyer, som selv fanger mere varme. Dampen er en stor del af forstærkningshistorien - en stor grund til, at Arktis varmes hurtigere op end andre steder. "

Nogle undersøgelser har knyttet hurtigt opvarmende arktiske temperaturer og dermed en forsvindende kryosfære til ekstremt vejr på midten af ​​breddegrader . Andre undersøgelser understøtter ikke en forbindelse mellem tab af havis og ekstremer på midten af ​​breddegraden. Især en hypotese forbinder polar forstærkning med ekstremt vejr ved at ændre polar jetstrømmen . En undersøgelse fra 2013 bemærkede imidlertid, at ekstreme begivenheder, især forbundet med fald i havis og snedækning, endnu ikke er blevet observeret længe nok til at skelne den naturlige klimavariabilitet fra påvirkninger relateret til de seneste klimaforandringer. Der er stadig kontroverser om forholdet mellem polar amplifikation med hensyn til tab af havis og ekstremiteter i bredden.

Undersøgelser offentliggjort i 2017 og 2018 identificerede motorstop mønstre af Rossby bølger , på den nordlige halvkugle jetstrøm, at have forårsaget næsten stationære ekstreme vejrforhold, såsom 2018 europæiske hedebølge , de 2003 Europa varme bølge , 2010 Russisk varme bølge , 2010 oversvømmelser Pakistan - disse begivenheder har været forbundet med global opvarmning , den hurtige opvarmning af Arktis.

Ifølge en undersøgelse fra 2009 er Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO) stærkt korreleret med ændringer i arktisk temperatur, hvilket tyder på, at termohalincirkulationen i Atlanterhavet er knyttet til temperaturvariation i Arktis på en multi-dekadal tidsskala. En undersøgelse i 2014 konkluderede, at arktisk amplifikation signifikant reducerede kolde sæson temperaturvariationer over den nordlige halvkugle i de seneste årtier. Kold arktisk luft trænger hurtigere ind på de varmere lavere breddegrader i dag i løbet af efteråret og vinteren, en tendens, der forventes at fortsætte i fremtiden undtagen om sommeren, og dermed sætte spørgsmålstegn ved, om vintre vil bringe flere kolde ekstremer. Ifølge en undersøgelse fra 2015 baseret på computermodellering af aerosoler i atmosfæren skyldes op til 0,5 grader Celsius af den opvarmning, der observeres i Arktis mellem 1980 og 2005, aerosolreduktioner i Europa.

Se også

Referencer

eksterne links