二十一世纪暖期下的持续性低温事件外文翻译资料

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二十一世纪暖期下的持续性低温事件

【1】基于气候模式模拟和观测的分析表明即使在21世纪的暖期下极端低温事件都更易持续出现在各个大陆地表上。可以通过以下三个指标来计算极端低温事件的强度、持续时间和频率：（1）最冷年连续的日最高气温的三日平均，（2）年际的最大连续霜冻天数，（3）总霜冻天数。九个全球气候模式在中等温室气体排放情境下，对比了2091-2100和1991-2000之间的指标。通过对过去在分析资料和将来多模式的统一的倾向评分来评价模式模拟的极端低温的可靠性。统计2091至2100年度指数的值超过了1991至2000年度相应指数的十年平均值的次数，这一统计结果表明，以全球总计来看时，基于格点的极端低温的强度和持续时间往往与当前许多地区的典型情况一样严重，但相应的频率并不能体现这种持久性。虽然模式与全球统计的的极端低温反映的持续性相吻合，但是地域间的多模式的变化性（inter‐model variability）和模型性能的差异往往占主导地位。我们的研究表明，尽管在总体变暖的趋势，但是至本世纪末，对极端低温事件的区域防备也丝毫不会受到影响。Citation: Kodra, E., K. Steinhaeuser, and A. R. Ganguly (2011), Persisting cold extremes under 21st‐ century warming scenarios, Geophys. Res. Lett., 38, L08705, doi:10.1029/2011GL047103.

1. 介绍

【2】[Easterling and Wehner, 2009]已经调查过，在总体的人为变暖趋势中，全球平均变冷的年代际或多年代际的时期，并证明了甚至在比中等更高的排放情景中，这样一个冷时期持续到21世纪 的可能性。在这里，我们考察了极端低温或持续时间相对较短的低温事件的统计属性；具体来说，我们认为事件通常从一天持续到几个星期。以往的研究与模型模拟[Hegerlet al., 2004; Meehl et al., 2004; Meehl and Tebaldi, 2004; Christidis et al., 2005; Tebaldi et al., 2006; Kharin et al., 2007; Ganguly et al., 2009]和观察[Easterling et al., 2000; Easterling, 2002; Frich et al., 2002; Klein Tank and Kouml;nnen, 2003; Zhai and Pan, 2003; Alexander et al., 2006]采用了气候相关极端的多重定义。一个使用了七种全球气候模式的关于冷空气爆发的研究表明，平均冬季气温到21世纪末会显著地升高，而极端低温事件并不会消失，更有模式预测了某些地区的冷空气爆发的增长。[Vavrus et al., 2006].而基于严格的统计极值理论[Kharin et al.,2007]的定义是有用的，更强烈，更持久，更频繁的极端低温的度量可能会在许多方面产生重要影响，因此这将会是有意义的。

【3】极端低温的具体属性已通过影响相关指标进行检验。霜冻天（频率）被认作是农业、旅游业和园林业的重要指标[Frich et al., 2002]，不同寻常的是，突发的霜冻可能会对特定动植物的种群分布和某些植物的繁殖能力产生长久的影响[Inouye, 2000]。两个模式[Tebaldi et al., 2006; Meehl et al., 2004]研究表明，到二十一世纪末，几乎所有地方的霜冻天数均会大幅减少。然而，研究观察表明，尽管在整体变暖的趋势下，在二十一世纪的后半期，一些地区经历霜冻的天数仍有所增加。持续时间，或说连续霜冻的天数，强度，或说连续几天异常低温日，将对人的死亡率，农业、旅游业和园林业产生重要影响。在许多死亡率随季节变化的地方，冬季的死亡率估计比夏季高10~25%，因为这里的人通常不习惯于为异常低温天气做准备。

【4】现在，我们通过以下属性研究极端低温。

【5】1.强度：在人类活动的影响下，极端低温强度（CEI）定义与热波定义相类似。CEI的计算是某一年最冷的日最高气温的三日平均。

【6】持续时间：极端低温持续时间的定义是年最高连续霜冻日数或相信的定义为最低温度小于或等于0摄氏度的天数。该指标现已被用于观察区域气候变化。

图一 二十一世纪期间极端低温持续时间的持续性。极端低温强度（CEI）的计算，为每年每个网格全年最高温最低的连续三天平均的日最高气温。在九个全球气候模式的前九个模块中，需要一个0~10的值，并指出2091~2100的年指数大于1991~2000年指数的年代际平均。（The CEI number presented in the first nine panels from the nine global climate modes takes a value from 0–10 and indicates the number of years during 2091–2100 when this annual index is greater than the decadal average of the annual index from 1991–2000.）在特定网格上，在2091~2100期间，当CEI指数与1991-2000期间持平或者超过时，气候模式独立运作仍需几年。然而，多模式间的差异在全球计数和特定区域尺度上都显得尤为重要。The climate models individually project at least a few years in 2091–2100 when the CEI equals or exceeds 1991–2000 averages over specific grids. However, the inter‐model differences appear significant both for total global counts and particularly at regional scales. The mean bias scores in the tenth panel calculated as a difference of decadal average of the model hindcasts compared to surrogate observations, or reanalysis datasets, during 1991–2000 indicate that the CEI from MRI‐CGCM‐3‐2A hindcasts have been most consistently close to observations over almost all continents other than Antarctica. Incidentally, MRI‐CGCM‐3‐2A appears to project the quite persistent CEI.

【7】三、频率（极端低温频率，CEF）：如先前方面，模式模拟和观测的相关研究中，定义为特定年的总霜冻天数。

【8】经研究，极端低温往往紧跟极端低温的时间平均或者空间平均。这里我们从另一个角度出发，探讨在二十一世纪气候变暖的情况下，极端低温事件的特征与二十世纪相较持平或者更甚。我们认为，在极端情况下，气候变化比平均气候更为重要。这里给出的结果表明，极端低温的强度和持续时间预计至少会持续或超过目前的水平，我们需要为二十一世纪晚期的寒冷天气做好准备。

1. 结论

【9】这里，我们研究的问题时：在全球变暖的情境下，极端低温属性（）强度、持续时间和频率）会发生什么样的变化？使用九个IPCC AR4 气候模式的初始条件，我们测试这种假设在全球变暖的情境下，寒冷天气将变得没那么严重，然而，这将会导致我们应对极端天气的松懈，同时导致应对区域增温和强热浪的准备等级提高。对寒冷天气预测的可靠性的评价，可以通过比较模式后报与过去的观察，以及考虑多模式在未来的统一性。

【10】最近的归因研究表明，在区域气候和水文评估的背景下，特别是在美国西部，多模式集成似乎比任何单个模式的性能要好。这里我们由SRES A1B排放强迫下的九个成员的IPCC-AR4多模式集合。1.所采用的模式和初始条件均在近期的特征研究中。NCEP/NCAP的再分析温度数据作为代替观测。二十世纪的最后十年作为后报数据，特别是因为这是所有模式可用于后报的最后十年。基于二十一世纪最后十年进行多模式集成的测试。基于IPCC SRES A1B，预测本世纪最暖的情况将会出现在二十一世纪的最后十年。因此，研究最后十年的极端低温的性质，有助于我们理解其持续性。接下来的结果令人意外，全部九种模式不约而同的预测了2091-2100相较于1991-2000年的升温。（图s1）

• 1. 强度

【11】CEI比1991-2000年平均CEI更高的2091-2100的年数经计算会收敛于0~10，每一个就称为一个事件。图1显示，即使在极端低温比二十世纪平均更频发的二十一世纪末，相当的一部分大陆块预计至少要经历一年。一些模式显示，在一些地区极端低温的许多年份较二十世纪更为严重。尽管许多模式在许多地区只预报了一到两次事件，但它们仍建议在二十一世纪前做好低温天气的准备。只论CEI的十年平均变化的话，这种情况并不明显。例如，ECHAM4在美国西部地区预报的极端低温在十年平均变化图上并没有体现。The bias scores (auxiliary material) calculated in a manner similar to heat waves [Meehl and Tebaldi, 2004; Ganguly et al., 2009] suggest that multi‐model averaging may be able to effectively constrain CEI projections.

图2 二十一世纪期间极端持续时间的持续性。极端低温的持续时间的计算是每个网格的年最大连续霜冻日数（或最低夜间温度低于零摄氏度的天数）。CED指数，十年模式比较和倾向评分的计算方式与图一中的CEI的计算方式相同。

• 1. 持续时间

【12】CED比1991-2000年平均CED更高的2091-2100的年数经计算会收敛于0~10。图2显示，即使在极端低温比二十世纪平均更频发的二十一世纪末，相当的一部分大陆块预计至少要经历一年。相应的二十一世纪CED事件通常低于CEI。在美国西部和中东部地区，ECHAM4和MRI分别预测了CED与CEI之间的关系（图1）。然而，并不是所有模式（例如，CNRM）能够表明这种关系。事实上，CNRM预测欧洲比CEI更多的CED事件。再次，倾向评分可能表明多模式平均可以约束CED的预测。

• 1. 频率

【13】CEF的预测与之前出版的预测相同，均没有体现出二十一世纪的持续性（图s3和s4）总的来说，IDF研究表明，在气候变暖的环境下，极端低温现象的频率可能会更少。However, those that do occur will occasionally, or in some regions perhaps often, be as (or more) intense and/or last as long as (or longer than) current mean cold extremes.

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• 1. 多模式预测的关系。

【14】图3显示的在每个网格的预测的最高、最低和平均的CEI和CED事件，这可以被理解为最大值和最小值的范围，以及最有可能的值，据此来推测及格模式预测未来的可能范围。多模式集合预测了有所减少的CEI事件，但在二十一世纪末，也预测了一些CED事件。最低限度图是有MIROC-HI主导的，该模式对大部分大陆有偏暖的倾向，因此有可能低估了极端低温事件。最高限度图表明了大量的CEI和CED事件的可能性。

1. 讨论

【15】我们从九种气候模式中发现了证据，即使在某些地区，极端低温的强度和持续时间可能是随机的，有时甚至在二十一世纪末能够到达二十世纪末期的水平。这种相对显著的整体变暖趋势的一致预测，是意料之中的。我们的研究结果表明，尽管全球气候变暖，但在许多地区，极端低温地区的平均气温可能会比最近的平均水平更严重或者更长，尽管这种极端的频率可能会减少。（图s5-s7）探讨未来和过去的严冬，比较了两者相对于过去平均，为另一个角度对极端的的变化的体现。这些结果似乎并没有在全球或者大陆尺度对模式的初始条件敏感。决策者表示，即使区域在不断变暖，我们应对极端低温也不能松懈。模式预测的极端低温似乎比较符合大陆模式，同样在某些地区如南美洲和东部地区，尤其对CEI也较符合。然而，在其他地区，特别是局地尺度上，多模式的差异尤为显著。

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