2017年11月20日,《自然·氣候變化》(Nature Climate Change)期刊發表題為《北極近期快速變暖使得全球變暖趨勢繼續》(Recently Amplified Arctic Warming Has Contributed to a Continual Global Warming Trend)的文章指出,不斷完善的北極數據集顯示,全球變暖并沒有停滯,最近北極暖化加劇導致全球變暖趨勢持續。
全球平均地表氣溫(Global Mean Surface Air Temperature,SAT)自20世紀中葉以來以每10年0.12℃的速率增長。然而,有研究顯示,1998-2012年僅出現了1/3到1/2的SAT趨勢,從而產生了全球變暖是否停滯或減速的爭論。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告(AR5)對變暖趨勢的估計進行了確認。2015年,美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)對觀測方式變更造成的誤差進行了修訂,更新了全球地表氣溫資料,指出全球變暖停滯可能是“虛假”的。盡管更新后的觀測資料在空間覆蓋率上已經大幅提高,但北極地區缺乏代表性的觀測數據被認為可能會低估SAT。
至今,幾種插值方法已經被用來改善觀測空間覆蓋的完整性,尤其是在極地地區。然而,這些插值方法的應用均基于一個隱含的假設,即極地地區的SAT與中低緯地區的SAT類似。事實上,由于局地反饋過程,極地氣候變化在許多方面表現出明顯的特點。盡管衛星記錄提高了觀測的覆蓋范圍,但衛星一般測量的是對流層低層的溫度,而不是具有時間不均勻性和較大不確定性的SAT。因此,高緯度地區SAT數據來源不足,阻礙了科學界對北極氣候變化及其對全球氣溫變化影響的認識。
為了克服上述方法和數據集的不足,來自中國清華大學、美國阿拉斯加大學費爾班克斯分校(University of Alaska Fairbanks)和中國氣象局國家氣候中心等機構的研究人員,基于NOAA最新發布的“1850-2014年全球氣溫觀測數據”(極地地區缺乏觀測資料)和“國際北極浮標觀測計劃”(International Arctic Buoy Programme,IABP)提供的北極地區1979-2004年的浮標觀測資料,采用經驗正交函數數據插值方法(Data INterpolating Empirical Orthogonal Functions,DINEOF),結合EOF的主分量和時間序列波動幅度,重新建立了一套時間跨度達百年以上、時空協調性強的北極地區地面氣溫序列,填補了北極地區SAT數據的空缺,實現了對50 °N以北地區1900-2014年SAT的重建。EOF模態的主分量通常可以描述某一變量場的主導大尺度動力特征,并且通常可以與某些特定的物理過程相對應。人們普遍認可,EOF模態的主分量及其時間序列波動幅度可以代表氣候變化的主要信息。因此,用DINEOF方法還原北極SAT有可能重塑北極氣候的變化速度。另外,與其他插值方法相比,DINEOF還有一個優點:它是自洽的、無參數的技術,不需要先驗信息。
研究結果顯示:①1998年以來,北極地區的氣候變暖加速,1998-2012年、1998-2014年和2000-2014年氣候變暖速度比克里金插值方法分別提高了10%、20%和44%。②將北極溫度數據集納入計算后發現,1998-2012年全球每10年的升溫速度為0.112℃,顯著高于IPCC AR5 不包括北極資料的每10年0.05℃,并與1951-2012年的溫升速度相差無幾。③將時間追溯到1990年發現,1900-1998年、1900-2012年、1900-2014年的全球變暖速度分別為每10年0.075 ℃、0.089 ℃和0.091℃。這也表明,全球變暖仍在繼續,而沒有停滯。
此外,該研究還指出,雖然全球升溫幅度在空間分布上有所變化,但全球平均溫度的上升趨勢從未改變過,而北極地區的快速升溫可能抵消了近年來熱帶東赤道地區降溫對全球平均氣溫的影響。該研究呼吁國際社會繼續共同努力提高北極觀測的空間和時間覆蓋、減小數據處理偏差。