: By Zeke Hausfather，碳纤维摘要

感谢造访 InnerSelf.com，哪里有 20,000+ 宣传“新态度和新可能性”的改变生活的文章。所有文章均翻译为 30多种语言. 订阅每周出版的《内在自我》杂志和玛丽·T·拉塞尔的《每日灵感》。 InnerSelf杂志 自 1985 年起出版。

气候模型如何预测全球变暖？

科学家们过去四十年来一直在使用日益复杂的气候模型来预测未来的全球变暖。

这些由大气物理和生物地球化学驱动的模型在我们对地球气候的理解以及未来可能发生的变化方面发挥着重要作用。

Carbon Brief收集了自1973以来的重要气候模型预测，以了解它们如何预测过去和未来的全球气温，如下面的动画所示。（单击播放按钮开始。）

虽然有些模型预测的变暖程度低于我们经历的变暖，有些模型预测的变暖程度较高，但所有模型都表明1970和2016之间的表面温度升高与实际发生的距离并不太远，特别是考虑到假设未来排放的差异时。

过去的气候模型如何表现？

虽然过去的气候模型预测得益于对大气温室气体浓度，火山爆发等的了解辐射强迫影响地球的气候，向前迈进是可以理解的更不确定。可以评估气候模型的后发温度和预测未来温度的能力。

Hindcast - 测试过去温度的模型 - 是有用的，因为它们可以控制辐射强迫。预测很有用，因为模型不可行含蓄地调整与观察相似。气候模型是不适应历史气温但是建模者确实有一些观察知识可以告知他们的选择 of 模型参数，如云物理和气溶胶效应。

在下面的例子中，1973和2013之间公布的气候模型预测与观测到的温度进行了比较五个不同的组织。投影中使用的模型复杂程度不同，简单能量平衡模型完全耦合地球系统模型.

（注意，这些模型/观察比较使用1970-1990的基线周期来在分析的早期阶段对齐观察和模型，其显示温度如何随着时间的推移更加清晰地演变。）

Sawyer，1973

未来变暖的第一个预测之一来自约翰索耶在1973的英国气象局。在一个论文发表在Nature上在1973中，他假设世界将在0.6和1969之间加热2000C，并且大气CO2将增加25％。索耶争辩说气候敏感 - 每增加一倍的大气CO2水平会产生多少长期变暖--2.4C，距离最好的估计政府间气候变化专门委员会（IPCC）今天使用的3C。

与本文中检查的其他预测不同，Sawyer没有提供每年估计的变暖，只是预期的2000值。他对0.6C的升温估计几乎是现场 - 在此期间观察到的变暖是在0.51C和0.56C之间。他过高估计了2000的大气CO2浓度，但假设它们是375-400ppm - 与实际相比 370ppm的值.

Broecker，1975

由于全球变暖导致的未来温度的首次预测出现在文章科学在哥伦比亚大学科学家出版的1975中 Wally Broecker教授。布莱克使用了一个简单的能量平衡模型如果在2之后大气CO1975继续快速增加，估计地球温度会发生什么变化。几十年来，布勒克预测的变暖与观测结果相当接近，但最近却相当高。

这主要是因为Broecker过高估计CO2排放和大气浓度在他的文章发表后会增加。他对2000相当准确，预测CO373的2ppm - 与实际的Mauna Loa 370ppm观测结果相比。然而，在2016中，他估计CO2将是424ppm，而仅观察到404 pm.

布鲁克也没有在他的模型中考虑其他温室气体。但是，由于变暖的影响甲烷, 笑气和卤代烃一直很大程度上取消了由气溶胶的整体冷却影响从1970开始，这并没有产生那么大的差异（虽然估计气溶胶强迫有很大的不确定性).

与Sawyer一样，Broecker每增加一倍CO2.4就使用2C的平衡气候敏感度。布勒克认为地球瞬间变暖以匹配大气CO2，而现代模型则解释了大气和海洋升温的速度之间的滞后。（海洋吸收的热量较慢通常被称为“热惯性“气候系统。”

您可以在下图中看到他的投影（黑线）与观察到的温度上升（彩色线）相比较。

<br />

Broecker 1975（粗黑线）的预测变暖与来自观测温度的记录相比美国航空航天局, NOAA, HadCRUT, Cowtan和Way及伯克利地球（细彩色线条）从1970到2020。 1970-1990的基线期。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

在科学家广泛认为观察结果的时候，布鲁克做出了他的预测显示适度的冷却地球的。他通过有先见之明地开始撰写文章“可以证明，目前的冷却趋势将在十年左右的时间内让位于二氧化碳引起的明显变暖”。

Hansen等，1981

美国航空航天局的詹姆斯汉森博士和同事发表了一篇论文在1981中，也使用简单的能量平衡模型来预测未来的变暖，但是由于海洋热量的吸收导致了热惯性。他们假设每增加一倍CO2.8，气候敏感度为2C，但每次加倍也会看到1.4-5.6C的范围。

来自Hansen等人1981的预测变暖（快速生长 - 粗黑线 - 和慢生长 - 细灰线）。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

Hansen及其同事提出了许多不同的情景，不同的未来排放和气候敏感性。在上面的图表中，您可以看到“快速增长”情景（粗黑线），其中CO2排放量在4之后每年增加1981％，以及缓慢增长的情景，其中排放量每年增加2％（细灰线））。快速增长的情景有点高估了当前的排放量，但当结合略低的气候敏感性时，它提供了对早期2000升温接近观测值的估计。

在快速增长情景中，Hansen等人在1970中预测的2016和1981之间的整体变暖速率比观察值低约20％。

Hansen等，1988

论文发表由Hansen及其同事在1988中代表了最早的现代气候模型之一。它将世界划分为经度为10度的八度纬度的离散网格单元，具有九个垂直层的大气层。它包括气溶胶，CO2以外的各种温室气体和基本的云动力学。

Hansen等人提出了与未来不同温室气体排放相关的三种不同情景。场景B在下面的图表中显示为粗黑线，而场景A和C由细灰线显示。情景A的排放量呈指数增长，CO2和其他温室气体浓度大大高于今天。

来自Hansen等人1988的预测变暖（情景B-粗黑线 - 和情景A和C-薄实心和灰色虚线）。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

情景B假设CO2排放逐渐减缓，但浓度为 401中的2016ppm 那是非常接近的观察到404ppm。然而，情景B假设各种卤代烃的排放量持续增长，这些卤代烃是强大的温室气体，但后来受到限制蒙特利尔议定书 1987 在2000年之后，情景C的排放量接近于零。

在这三个中，情景B最接近实际的辐射强迫，尽管如此关于10％太高了。 Hansen等人在大多数现代气候模型的高端使用了CO4.2气候敏感度为2C的模型。由于这些因素的综合，情景B预测1970和2016之间的变暖速率比观察到的高约30％。

IPCC第一次评估报告，1990

IPCC的第一份评估报告（FAR）在1990中展示了相对简单的能量平衡/上升流扩散海洋模型，以估算全球气温的变化。他们的特色常规（BAU）情景假设大气CO2快速增长，在418中达到2ppm CO2016，与观测中的404ppm相比。 FAR还假设大气中卤化碳浓度的持续增长比实际发生的要快得多。

FAR给出了气候敏感性的最佳估计值，因为2.5C变暖了CO2加倍，1.5-4.5C系列。这些估计值适用于下图中的BAU情景，黑色粗线表示最佳估计值，黑色细线表示气候敏感度范围的高端和低端。

IPCC第一次评估报告预测的变暖（平均投影 - 粗黑线，上边界和下边界由细点黑线表示）。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

尽管气候敏感度的最佳估计值比目前使用的3C低一些，但FAR高估了1970和2016之间的变暖率，其BAU情景中的17％大约为1％，显示0.85C在此期间变暖，而2C观察到的变暖。这主要是由于预测的COXNUMX浓度高于实际发生的浓度。

IPCC第二次评估报告，1995

IPCC的第二次评估报告（SAR）仅发布了1990以后的现成预测。他们使用了2.5C的气候敏感度，其范围为1.5-4.5C。他们的中程排放情景“IS92a”预计2中的CO405水平为2016ppm，几乎与观察到的浓度相同。 SAR还包括更好的人类气溶胶处理，这些气溶胶对气候有降温作用。
<br />

IPCC第二次评估报告中预测的变暖（平均投影 - 粗黑线，上边界和下边界由细点黑线表示）。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

正如你在上面的图表中看到的那样，SAR的预测结果明显低于观测结果，从28到1990期间，2016％的增长速度更慢。这可能是由于两个因素的综合作用：气候敏感度低于现代估计值（2.5C vs. 3C）和高估 CO2的辐射强迫（每平方米4.37瓦特与后续IPCC报告中使用的3.7相比，今天仍在使用）。

IPCC第三次评估报告，2001

IPCC 第三次评估报告（TAR）依赖来自七个不同模型组的大气 - 海洋一般循环模型（GCM）。他们还引入了一套新的社会经济排放情景，称为 SRES，其中包括四种不同的未来排放轨迹。

在这里，Carbon Brief检查了 A2场景虽然所有排放量和升温轨迹都相当于2020。 A2情景预测2016大气CO2浓度为406 ppm，几乎与观察到的相同。 SRES情景来自2000，2000之前的模型使用估计的历史强迫。上图中的灰色虚线表示模型从使用观察到的排放和浓度过渡到预计的未来排放的点。

IPCC第三次评估报告的预测变暖（平均投影 - 粗黑线，上边界和下边界由细点黑线表示）。图表由Carbon Brief使用 Highcharts.

TAR的标题投影使用了一个简单的气候模型，该模型被配置为匹配七个更复杂的GCM的平均输出，因为在TAR中没有发布特定的多模型平均值，并且个别模型运行的数据不容易获得。它的气候敏感度为每增加一倍CO2.8 2C，其范围为1.5-4.5C。如上图所示，TAR中1970和2016之间的变暖速率比实际观察到的低约14％。