朝着1.5°C巴黎目标的轨迹迈进：由年代际太平洋涛动调整外文翻译资料

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朝着1.5°C巴黎目标的轨迹迈进：由年代际太平洋涛动调整

Benjamin J. Henley Andrew D. King

摘要：全球温度快速接近升温1.5°C的巴黎目标。在没有外部冷却影响（如火山喷发）的情况下，温度预测以2029年前相对于1850-1900升温1.5°C的目标为中心。年代际太平洋涛动（IPO）阶段将调整速率，平均温度接近1.5°C的水平。 向IPO的正向阶段过渡将导致目标超过2026年左右的目标。如果太平洋仍处于其负十年阶段，则目标将推迟五年在2031年左右达到。鉴于暂时放缓在2000年至2014年的全球变暖以及最近初步的年代际预测显示首次公开募股出现转机的情况下，持续的温度快速上升可能正在进行。 在这种情况下，世界将比IPO负阶段持续几年的时间更早达到1.5°C的升温水平。

概述：全球温度快速接近升温1.5°C的巴黎目标。在这项研究中，我们发现在没有外部冷却影响的情况下，如火山喷发，温度投影的中点在2029年之前超过了相对于1850-1900年升温1.5°C的目标。我们发现，年代际太平洋涛动（IPO）阶段（气候系统中缓慢移动的自然振荡）将调节全球升温接近1.5°C水平的速率。向首次公开发行的正向阶段过渡将导致升温超过2026年左右的目标。然而，如果太平洋仍然处于负面阶段，那么预测将集中于5年后的2031年左右达到升温目标。鉴于2000年至2014年全球气候变暖暂时放缓，以及最近的气候模式预测暗示首次公开募股出现逆转，可能会持续一段时间的温度快速上升。在这种情况下，世界将比IPO负阶段持续几年的时间更早达到1.5°C的升温水平。

1.引言

联合国气候变化框架公约（UNFCCC）“巴黎协定”于2015年12月同意努力将温度上升限制在比工业化前水平高1.5°C，认识到这将大大降低气候变化的风险和影响 [“气候公约”缔约方大会，2015年]。 作为回应，政府间气候变化专门委员会（IPCC）宣布了关于1.5°C目标的特别报告，该报告将于2018年9月完成。目前，有关升温1.5°C的影响相对缺乏科学知识[Mitchell等，2016; Hulme，2016; Schleussner等，2015; Schleussner等，2016; King等，2017]，导致决策的不确定性。 这种不确定性的一个方面是世界将很快达到1.5°C的变暖标准，以及进近和超调的时间如何受内部气候变率模式的影响。

在过去的一个世纪里，我们观测到全球平均地表温度（GMST）的年代际到年代际变化以及持续的长期上升[Hartmann等，2013]（图1a）。大约1-2年的全球变暖速度加快和减缓的时期与年代际太平洋涛动（IPO）有关（部分是由于）（图1b）[Meehl等，2013; England等人，2014;戴等人，2015; Kosaka和Xie，2016; Fyfe等，2016]。 IPO的正（负）阶段与热带太平洋异常暖（冷）海表温度（SST）和副热带北太平洋和南太平洋海温异常冷（暖）SST有关。尽管与厄尔尼诺 - 南方涛动（ENSO）密切相关，但该IPO具有比ENSO更强的温带特征[Henley et al。，2015]。密切相关的太平洋年代际振荡被认为是由于ENSO和几个温带大气和海洋过程的综合作用[Newman等，2016]。该IPO在十年到十年的时间尺度上有记忆，与ENSO的2-7年振荡时间框架相反[Power et al。，1999; Henley等，2015]。几项研究将1998年以来温度上升的暂时放缓至少部分归功于IPO [Meehl et al。，2013; England等人，2014;戴等人，2015; Kosaka和Xie，2016; Fyfe等，2016]。其他分析发现了大西洋的潜在影响[Dai et al。，2015; McGregor等，2014]和印度[Nieves等，2015]海洋热量吸收，人为气溶胶[Schmidt等，2014]，长期太阳最小[Meehl，2015]的微小影响和观测不确定性[ Karl等，2015]和工具数据偏差[Hausfather等，2017]对经济放缓的影响。然而，协议正在出现，至少在最近的经济放缓中，主要影响是与IPO相关的太平洋年代际变率[Dai et al。，2015; Fyfe等，2016;Meehl等，2016a]。

图1.全球地表温度异常和IPO。（a）1900-2016年观测到的全球年平均地表温度异常（NOAA，1850-1900基线）。（b）IPO时间序列，低通滤波三极指数[Henley等人，2015]（ERSSTv4）。 观察到IPO阴性阶段用浅蓝色表示，与英格兰等人类似。[2014]。

在这项研究中，我们研究了全球温度对1.5°C的模型预测。 然后我们分离并探索IPO对未来全球温度轨迹的影响。 具体而言，我们调查下一阶段IPO将如何影响全球变暖的速度和时间达到1.5°C。

2.数据和方法

2.1.数据

我们使用来自NOAA [国家海洋与大气管理局，2017]的观测到的全球陆地和海洋平均年（日历年）地表温度数据（1880-2016年），英国气象局的HadCRUT4数据（1850-2016）[Morice等，2012]和美国航天局的GISTEMP（1880-2016）[Hansen等人，2010]。三极指数（TPI）[Henley等，2015]用于表示IPO，并使用ERSSTv4数据集计算[Huang et al。，2015]。 GMST和TPI是根据气候模式比较项目第五阶段（CMIP5）RCP8.5（高排放情景）下的32个气候模型的70个世纪的模拟的每月格点地表气温数据计算出来的[Taylor等。，2012]，档案（支持信息表S1）存储在澳大利亚国家计算基础设施（NCI）存储库中。虽然低估了十年期的持续时间，但这些模型充分反映了IPO的广泛特征[Henley et al。，2017]，由于这种可能的偏差，我们的结果并没有被夸大。模型充分捕捉全球温度变率[King et al。，2016]。

2.2.基线

我们使用1850-1900年时期作为准工业前基线，因为它是使用仪器数据的最早可能的51年基线，被认为足够长，以抑制年代际变化的影响。 IPCC使用这个基准来比较RCP情景下的全球平均温度[Collins等，2013，表12.3，IPCC 2013]。我们首先使用1961-1990年的时期来调整我们的三个观测数据集。由于HadCRUT4数据集延伸至1850年，我们使用这个数据集来计算1850-1900年和1961-1990年之间的差异。然后，我们将这个基线转移应用于所有三个数据集，以计算从1850年到1900年的异常情况。我们注意到没有理想的前工业基线[Hawkins等，2017]，我们的结果应该在选定的上下文基线。

2.3.分析

我们计算来自CMIP5集合的全球温度序列并绘制它们未来的轨迹。对于每个序列，我们首先将全球气温表示为从开始年份开始的异常情况。我们估计2015-2016年厄尔尼诺造成的短期异常温度约为0.1°C（见支持信息）。然后，我们将每个序列添加到观测的温度序列中，开始我们的序列比2016年的值低0.1°C。然后，我们计算了2006-2100期间每个模型模拟的IPO的三极指数（TPI）[Henley等，2015]和年度（1月 - 12月）的GMST（表S1）。我们对GMST序列进行了修正，以解释本世纪后期较高的变暖速率（见支持信息）。然后，我们将IPO年度全球平均表面温度序列分为IPO正向和负向阶段，在每个IPO阶段开始前5年开始序列，并在IPO阶段结束后5年结束（图S1中的支持信息显示了这个定义）。 IPO阶段被定义为在使用权力拟合去趋势化（y = axb c）后，TPI年以上（对于IPO正）或低于（对于IPO负），远离长期TPI平均值plusmn;1个标准偏差的阈值。我们在支持信息中对这些分析设置进行灵敏度测试。我们的方法在IPO正负阶段产生未来温度轨迹的合奏。

3.全球温度轨迹的IPO调制

在这里，我们来研究CMIP5的未来全球温度模拟。我们的全球气温序列的平均值在2029年左右达到1.5°C的升温水平，其四分位间距（IQR）为2026-2032（图2a）。对于美国宇航局和哈德利中心观测到的数据集，我们发现最多3年的时间差异很小（支持信息）。

我们还比较了IPO两个阶段中每个阶段全球平均表面温度序列的复合物。我们发现GMST序列的集合平均值在IPO正相和负相之间存在统计学显着性差异（p lt;0.05）（图2b）。在IPO正面阶段，全球气温上升速度明显快于IPO负面。从2019年起连续14年，我们发现在IPO正向阶段，全球气温在统计上显着高于IPO阴性阶段。这意味着全球气温接近1.5°C的速度可能会明显更快或更慢，这取决于IPO。

全球变暖的预测时间比工业化前水平高出1.5°C可以用多种方式表示。其中包括但不限于：（a）温度模拟的总体平均值达到1.5°C的年份；（b）全球平均值首次达到1.5°C的年份；（c）较长的一年（例如5年）的平均值首次达到1.5°C；（d）全球平均值达到并且不会回到1.5°C以下的年份，称为历史驱逐[Power，2014]。

考虑到（a），即我们在每个IPO阶段的GMST序列的集合平均值（图2b），如果世界经历了向IPO正相的转变，我们预计全球温度将在2027年左右达到1.5°C水平（IQR：2024-2029）。然而，如果太平洋仍然处于IPO阴性阶段，则可能会延迟4-5年达到1.5°C，直到2031年左右（IQR：2026-2033）。当IPO正面GMST集合平均值达到1.5°C时，IPO负面情景的平均温度约为1.3°C。平均轨迹在全球平均温度约0.2°C处有一个峰值差异（图2b）。

如果我们考虑（b），即全球平均值首次达到1.5°C的年份，分布稍微偏移，首次公开募股的平均值为2025，IPO负值的平均值为2029（图3a）。 对于5年平均预测，方法（c），平均值为2025 - 2026年为IPO正面和2030 - 2031年为IPO负面。 对于方法（d），从历史中排除，我们在符合这个标准的温度序列中发现太少长的IPO序列以形成统计上强大的集合。 随着1.5°C以上的驱逐流入未来，目前尚无法评估IPO对驱逐时间的影响。

图2.观测和预测的全球温度轨迹朝向1.5°C巴黎目标。 （a）（黑色）观测到的全球年平均地表温度异常（NOAA，2000-2016，1850-1900基线），未来温度异常的模拟羽流占2015 - 16年厄尔尼诺现象的临时0.1°C影响，1.5 °C巴黎的目标和整体平均时间突破这一水平，用蓝色和红色虚线表示。 （b）与图2a相同，但是在IPO正向（红色）和IPO负向（蓝色）阶段（包括前5年（CMIP5，RCP8.5））中GMST的模拟温度序列; 填充点表示各阶段平均值（t检验，5％显着性水平）之间的统计学显着性差异; 垂直虚线表示在每个IPO阶段违反1.5°C巴黎目标的预期时间。

图3.全球温度和年代际趋势的概率分布 （a）GMST在首次公开发行正负阶段首次达到1.5°C水平的年份分布。 （b）与图3a相同，但是5年平均GMST（中部年份）。 （c）以CMIP5为模型的IPO阶段GMST的年代际趋势分布。 虚线显示了减速（2000-2014）和加速（1976-1998）时期的年代际变化趋势。

图3c显示了我们集合中每个IPO阶段的变暖趋势率分布。全球变暖减缓期（2000-2014），趋势为0.23°C / 10年，位于IPO负相温度分布的分布模式附近。之前的IPO正相（1976-1998）与0.34°C /十年的较高升温速率有关。这与我们模型集合中的IPO积极趋势分布一致。我们注意到这个集合使用了未来的温度序列，因此我们预计模拟分布的变暖趋势要比过去的IPO阶段略高。这些模型在其年代际气候变率的特征上有所不同，并倾向于低估了气候变化的持续时间和强度IPO可变性[Henley等，2017; Power等，2016]。然而，这意味着我们的结果很可能是IPO对全球温度影响持续时间的保守估计。 Meehl等人[2016a]量化了IPO对多年代GMST趋势的贡献。重要的是，在这里我们发现，20世纪在IPO负面（放缓）和正面（加速）期间观察到的GMST上升速率在CMIP5模型化趋势的分布内和符合（图3c）。

我们还注意到，我们的多年多模式平均轨迹通过设计衰减了年际和多年的变率，我们的集合中任何一个序列的实际轨迹都具有较高的逐年变化性。我们的预测不包括火山喷发等不可预测的外部冷却影响的潜在影响。然而，IPO阶段之间全球温度轨迹的差异在预测集合中是一致的，并且对方法选择具有鲁棒性（参见支持信息）。

4.讨论和结论

在21世纪的头十年，全球气候受到负IPO阶段的影响。 这可能为持续提高大气温室气体浓度对全球温度的辐射强迫效应提供了暂时缓冲。 因此，自世纪之交以来，IPO的负面阶段可能缓解了全球变暖对极端事件（如热浪）的影响。 2015年制定了全球温度记录，2016年强化了厄尔尼诺现象，伴随着广泛的珊瑚褪色[Hughes等，2017]和高温导致另一个全球温度记录。 最初的年代际预测暗示IPO在其正相位转变[Meehl et al。，2016b]，这是由热带西太平洋赤道西太平洋上层海洋热含量在十年时间尺度引发的。

首次公开发行转向正面阶段可能会在未来一到二十年内启动一个加速升温的时期。 这可能会导致巴黎在未来十年超过1.5摄氏度的目标。 我们的分析提供了一个说明，即年代际

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