气候指纹揭示了人类对大气温度变化的明显影响

劳伦斯-利弗莫尔国家实验室科学家的新研究显示，人类活动正在不可否认地改变着地球大气的热结构。通过将气候"指纹"扩展到中高层平流层，该团队将人类对气候影响的检测提高了五倍。在这些地区，二氧化碳驱动的温度变化的独特模式强调了自然原因不可能解释这些变化。

从国际空间站看地球表面，图中可以看出地球大气层的层次。资料来源：美国国家航空航天局

新的研究表明，现在自然原因几乎不可能解释卫星测量的地球大气热结构的变化。

劳伦斯-利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家和同事进行的分析首次表明，将"指纹"技术用于识别人类对气候的影响，扩展到中高层平流层（地球表面以上25-50公里）后，可将人类对气候的影响的检测率提高五倍之多。

LLNL气候科学家和发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文的共同作者Stephen Po-Chedley说："将中高层平流层包括在垂直指纹中会产生人类对地球大气热结构影响的明确证据。"

对流层（大气层下层）和平流层下层温度趋势之间的差异长期以来被认为是人类对气候影响的一个"指纹"。然而，这种指纹忽略了来自中高层平流层的信息，根据同样在LLNL的共同作者Karl Taylor。

Taylor说："将指纹识别扩展到平流层上部，并将改进后的气候模型结果与现在涵盖37年的观测温度测量结果进行比较，意味着现在自然原因几乎不可能解释卫星测量的地球大气层完整结构中的趋势。"

对流层的噪声可能包括日常天气、厄尔尼诺和拉尼娜现象引起的年际变化以及气候的长期自然波动。在平流层上部，变异性的噪音较小，而人类造成的气候变化信号较大，因此信号可以更容易区分。

可探测性的发生是由于二氧化碳排放造成的平流层温度变化的独特模式和幅度。人类引起的平流层降温很大，并随着高度的增加而增加。相比之下，平流层温度的自然变化较小，产生不同的冷却模式。

在1967年用一个简单的辐射对流气候模型进行的模拟中，Syukuro Manabe和Richard Wetherald量化了二氧化碳的温度影响。他们的研究得出了对流层变暖和平流层变冷的结论，并预测冷却会随着对流层顶以上的高度增加而放大。Manabe和Wetherald预测的温度垂直分布后来被更复杂的模型和观测所证实。

但是，早期基于模式的研究，寻求在气象气球和卫星大气温度数据中发现人类的指纹，却忽略了平流层的中上部，在那里，二氧化碳增加的温度信号预计会比对流层或平流层下部大得多。

Po-Chedley说："在寻找人类的二氧化碳信号时，平流层中上部有一个额外的优势，即它比低层大气受颗粒物污染和人类造成的平流层臭氧变化的影响要小。"

这项新工作扩展了早期的指纹研究，这些研究仅仅依靠微波探测仪（MSU）数据来估计大气温度变化的纬度-高度分布。在新的研究中，研究小组将改进后的卫星数据集中看到的大气温度趋势与较新的历史时期的模型模拟中获得的趋势进行了比较。这些模拟提供了由于人类对气候的影响而产生的预期"信号"的估计。

该小组还使用了工业化前控制运行的集合，其中没有人类或自然外部因素的逐年变化。控制运行提供了多模型对气候的自然内部变化所产生的"噪音"的估计。卫星观测到的大气温度变化与人类造成的变化一致，并产生了很大的信噪比。