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气候系统中划船点的遥感

上个月在线举办的论坛(2021年1月26日26日)将莫德勒和遥感社区共同讨论了地球观察如何促进我对气候系统中的倾翻元素的理解,并有助于改变预警。

由国际空间科学研究所主办、欧空局气候办公室和未来地球AIMES项目召集的这次跨学科会议强调了研究的机遇、挑战和建议,并将在两篇评论文章中发表。彩票手机投注app

在突破会议期间探索的主题领域是冰区中的倾斜元素 - 地球的雪和冰盖的地区;陆地生物圈;和大气和海洋及其生物群。

气候推广元素和风险

气候的许多方面对小幅中断的变化敏感,可能会引发系统中的突然变化到新的稳定状态。即使在相对较低的全球变暖水平,展示这些不稳定性的系统也可以通过气候反馈加速全球变暖或导致其他级联影响。由于UNFCCC IPCC报告称,这些“倾翻元素”或“气候系统中的大规模不连续性”是指自2001年以来的每个IPCC报告的危险性越来越大的风险。

具有2度的变暖 - 相对于预工业水平 - 珊瑚礁的大规模风险很高;许多温水珊瑚已经越过漂白点的倾斜点。还预期了高山冰川,格陵兰冰盖和西南极冰盖的损失,以及缺乏北极夏季海冰。

在目前升温1.1度的水平上,我们已经看到气候系统的变化在加速,并可能产生严重的连锁反应。例如,格陵兰冰盖在过去20年里流失的冰数量大幅增加,这将使它在本世纪成为12,000年来最大的损失。除了导致海平面上升之外,格陵兰冰原释放的融水也可能影响到大西洋的颠覆性水循环,自20世纪50年代以来,大西洋的水循环已经减缓了15%。大西洋翻转环流对于将热量从热带输送到高纬度地区非常重要;it的大幅减少将影响全球的农业和生态系统生产力。

由于人类活动,可能会过本世纪的气候提示元素
图1.由于人类活动,可以穿越本世纪的气候提示元素(来自Lenton等。,2019年,自然)

论坛的第一天重点讨论了在不同领域观测尖端元素的最新技术,并有来自科学领袖和分组领袖的概述介绍——Tim Lenton、Ricarda Winkelmann、Victor Brovkin、Alessandra Conversi和Didier Swingedouw。这次爆发使用了一个风险框架(Lenton。,2019)识别提示元素及其内部反馈,驱动它们的内部反馈,跨越他们发生的时间,它们发生的时间,对社会的影响的严重程度以及监测他们的指标。由于他们与人和政策制定者的相关性,我们当前世纪结束时,我们当前的时间范围内的倾斜元素优先考虑。

这反映了影响的政治和地理规模——例如,湖泊富营养化正在破坏当地的生态和依靠湖泊资源获得食物和收入的人口,但几乎没有广泛的影响。与会者还讨论了理解气候系统“重大变化”的更广泛的优先事项。

海洋中的引爆元素

在过去的一个世纪里,大西洋环流次极地环流的倾向性的观测证据与十年内倾向性的模型预测是一致的(Swingedouw), 2020)。从空间上观察海平面、海水表面盐度和测量重力强度对监测洋流稳定性很重要(Estella-Perez, 2020)。大气气体浓度的垂直剖面已被用来校准一个全球气候模型,用于研究南大洋上空云反馈的转换,这对地球气候对大气中二氧化碳水平的敏感性具有重要影响(比约达尔), 2020)。

近几十年来对海洋生物的观察表明,突然的政权更迭是常见的,而且呈上升趋势(博格兰德等等。,2019年)和符合气候变化,因此水温。循环变化,极端事件和海洋酸化也在推动变化。珊瑚生态系统在热带地区成为藻类,藻类生态系统在温带地区变得贫瘠。预计北极将在未来几年体验最戏剧性的转变,随着温度升高推动显着的生态系统变化,海冰持续开放。

生物圈中的尖端元素

在陆地上,使用时间空间替代法来确定潜在的引爆要素,有举例说明性的例子,例如从热带森林转移到热带草原,这些替代状态在同样平均年降水量下的稳定性,受人类影响(Hirota)2011年,Wuyts。,2017)。根据物种的弹性(Abis&Brovkin,2019),北方北方森林也有不同的稳定性。使用叶片区域指数数据集的北极绿化调查沿着地球系统模型发现了对光合碳固定的增加的紧急约束,称为总主要生产(Winkler, 2019);利用土地利用数据研究旱地绿化;永久冻土突然融化的影响需要分析,因为它可能是未来几十年碳排放的一个重要来源(特雷茨基)等等。,(2020年),利用湿地、湖泊、植被、活土层、地面冰、雪和消防产品的观测。

北极永久冻土融化的地图
图2。北极冻土融化图(来自Turetsky等人,《自然》,2019年)。

冰冻圈的引爆元素

地球上一些最引人注目、最剧烈的变化正在冰冻圈中发生,冰川崩解和海洋冰架的破裂被广泛报道。卫星数据对于监测影响地球冰雪覆盖环境的快速变化至关重要。格陵兰冰盖的表面融化现象越来越多,2010年、2012年和2019年都出现了极端融化事件。主要由于地表海拔和空气温度之间的正反馈,当全球变暖阈值仅比前工业时代的温度高出0.8到2.2度时,这个冰盖可能会有一个完全消失的临界点(Levermann)等等。,2013年),在未来几百年到千年举行的几个世纪促进了大约3米的海平面上升。

On the West coast of Antarctica, accelerating retreat of the Ice Sheet’s grounding line suggests that a tipping point has already been crossed in the Amundsen Sea area, driven by rising ocean temperatures that are thinning the floating ice shelves and reducing their ability to act as a buttress against ice flowing down from the ice sheet inland (Feldmann and Levermann, 2015). Tipping points for the Ice Sheet as a whole could exist at around 2 degrees and 6 and 9 degrees above pre-industrial temperatures, causing ice loss that would not be regained even if temperatures are reversed to present-day levels (Garbe,等等。,2020)。

平衡冰片表面升高显示以米为不同的温暖水平(1°C,2°C,4°C和6°C预研制的原发用程度),比较撤退(上面板)和再生(滞后曲线的下面板)分支。
平衡冰片表面升高显示以米为不同的温暖水平(1°C,2°C,4°C和6°C预研制的原发用程度),比较撤退(上面板)和再生(滞后曲线的下面板)分支。冰面高度轮廓以1,000米的间隔划定。参考状态的接地线位置以红色显示;冰架标有浅蓝色。对于每个面板,给出了与参考态相比的绝对海平相关的冰量异常(在MS中),即犯下的海平面上升。蓝色阴影说明了在当天海平面以下的米的基岩深度;棕色阴影说明了当今海平面上方的米的基岩高度。EAI,东南南极冰盖;Wais,西南极冰盖(来自Garbe等,2020)。

政策和沟通需要

在第2天,论坛考虑了关于策划点的气候风险的信息的政策需求,以及研究和政策社区之间的沟通挑战。为了种子讨论,观点是由阿姆斯特丹大学,荷兰,欧共一日区欧盟委员会气候适应的荷兰和Liviu Stirbat对气候变化单位给出了观点。

讨论强调了在谈论气候风险时,使用可能在个人生活中造成的非线性行为的例子,而不是经常治理公众话语的线性思维,所以在谈论气候风险时需要与人们的个人经历相关。此外,将气候影响与受众的地方和经验相关的重要性,包括可能的经济影响。与会者强调,研究人员应该寻求解决问题的解决方案,选择问题,而不是单独的问题。

Covid-19和国际社会的迅速反应被视为乐观的理由:当问题被列为优先事项时,社会可以迅速作出反应。对社会引爆点及其自我放大和连锁影响的研究得出的例子,也让人们对向低碳未来快速转型产生了希望——例如,能源和运输市场向可再生能源投资的突然波动。

参与者认为当前的沟通挑战:由于气候系统的延误,我们尚未看到的气候影响,以及如何传达额外强制系统的信息 - 例如更多温室气体 - 享有额外风险即使已经过划线点已经过了。

技术检测

论坛第三天的重点是利用遥感数据改进探测和量化引爆要素的技术。例如,遥感数据中可通过特征统计变化来表明是否接近临界点。当滞后-1自相关与方差的增加相关时,早期预警指标可以使用滞后-1自相关的增加趋势来开发(Boulton和Lenton, 2015)。波茨坦气候影响研究所的发言人Niklas Boers强调了最近利用这些特征统计变化来确定系统恢复力减少的工作,并为北极海冰范围、格陵兰冰盖、大西洋经向倾覆环流、亚马逊雨林和南美季风系统。该技术也已应用于水生生态系统和海洋缺氧事件(Gsell), 2016;Hennekam, 2020)。

扬声器Sebastian Bathiany(Wageningen大学),Jonathan Donges(波茨坦的气候影响研究所)和Peter Cox(埃克塞特大学)突出的其他技术包括使用边缘检测算法在气候数据集中自动检测极端事件和突然移位(Bathiany,隐藏和舍夏特,2020);利用多种地球系统模型的气候观测来限制系统的敏感性与突然变化(eycing, 2019);利用遥感的因果网络方法,利用数据立方体分析了引爆要素之间的相互作用和驱动因素地球系统数据实验室(龙格, 2015;Mahecha等等。,地球系统动态,2020)。

研究优先事项和下一步

在论坛的最后一项会议上,参与者讨论了海洋,嘈杂和陆域域名的研究机会,以及通过遥感改善我们对划线元素的理解及其预警的优先事项。参与者倾向于倾翻元素的通用定义,包括非线性和突然的变化检测,并考虑扩展风险范围,以包括灭绝和更广泛的迁移。倾翻元件相互作用和级联以及他们的学习可行性,被确定为优先考虑研究的类别。

卫星数据集的空间分辨率以及整个频谱的分辨率都在提高,正在进行的任务将带来新的测量、更高的精度和更短的重新访问时间。然而,这些改进也带来了相关的挑战,例如需要弥合观测和模型之间的规模差异。

与会者注意到利用遥感数据集提供的高分辨率图像研究空间格局和非线性扰动效应的方法的重要性,例如监测森林破碎化、北极融解湖泊范围或冰架表面融解池塘。他们还注意到正在开发用于监测脆弱的阈值系统的新产品——例如全球红树林观察项目。有人指出,沿海和北极生态系统的监测是一个需要进一步发展的领域。

会议的反馈非常积极。特别是,建模人员报告说,遥感被视为一个正在出现的机会,并认为在线举行会议意味着该小组更加复杂,因此对于学习新信息和建立新的联系更有价值。对于后续合作和使用协作平台撰写论文有强烈的热情。与会者建议定期举行补编会议,例如通过AIMES工作组,以加强遥感专家和建模者之间以及与致力于政策沟通的利益攸关方之间的交流。小组希望在埃古大学召开一次会议,或就同一主题与ISSI讲习班大楼举行后续活动。

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日期

2021年2月22日

作者

索菲希伯登

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