Ciencia: Las oscilaciones decenales en el sistema climático pueden ser causadas por la actividad volcánica.
La oscilación decenal más significativa en el sistema climático es el cambio de temperatura de la superficie del mar en la región del Atlántico Norte, conocida como Oscilación Decenal del Atlántico (OMA) (Kerr, 2000). El ciclo de la AMO es muy largo, entre 50 y 70 años. Si este fenómeno es un cambio interno en el sistema climático de la Tierra o simplemente una respuesta a la manifestación de fuerzas externas ha sido una cuestión abierta.
A partir de los datos meteorológicos observados por instrumentos, se cree que la AMO proviene de la variabilidad interna del sistema climático terrestre. Los estudios de reconstrucción climática basados en anillos de árboles y núcleos de hielo también muestran que existe una variabilidad interdecadal en el Atlántico Norte y en el clima promedio global en el último milenio, pero es difícil encontrar la atribución real solo a través de datos de observación y reconstrucción. Los estudios de atribución basados en simulaciones de modelos no son concluyentes. Algunos estudios de simulación han demostrado que la AMO puede ser la respuesta de la temperatura de la superficie del mar a perturbaciones aleatorias en la atmósfera, una manifestación externa de la circulación meridional del Atlántico o una respuesta al forzamiento radiativo externo.
Lo último de Michael. Mann y sus colaboradores de la Universidad Estatal de Pensilvania publicaron un artículo en Science (Mannet et al., 2021), proponiendo que las oscilaciones de temperatura interdecenales en el último milenio fueron causadas por la actividad volcánica y que no existe una oscilación interdecadal en el propio sistema climático. .
El autor cree que la mayor diferencia entre la variabilidad interna y el forzamiento externo es que la variabilidad interna afecta principalmente la redistribución espacial de la energía global, mientras que el forzamiento externo afecta el equilibrio total de la energía global, por lo que la variabilidad interna El análisis debería comenzar desde el espacio de las anomalías climáticas globales.
El autor utiliza el método de descomposición de valores singulares de múltiples conos (MTM-SVD) para analizar el campo variable en el dominio de la frecuencia, evitando el impacto de las diferencias entre modos en la extracción de la señal, obteniendo así la varianza local fraccionaria. del campo variable (LFV). La ventaja de este método es que se pueden obtener las características espaciales (patrones) de señales estrechas con un ancho de banda de frecuencia específico. Utilizando este método, los autores analizaron los campos de temperatura global de todos los experimentos de modelos de referencia que participaron en la quinta fase del Quinto Proyecto Internacional de Intercomparación de Modelos Acoplados (denominado CMIP5) y experimentos de simulación durante el último milenio.
Los resultados muestran que, a diferencia de la clara señal interanual de El Niño-Oscilación del Sur, no existe un componente interdecadal a interdecadal claro en las temperaturas globales simuladas sin el experimento de referencia de forzamiento externo (Figura 1A), pero Hay varias señales de oscilación interdecadales obvias en los resultados de la aplicación de forzamiento externo, incluidos componentes con un período de 50 a 70 años (Fig. 1B). Comparando con el espectro de potencia de temperatura media global promedio del conjunto multimodo (Figura 1C), se encuentra que la señal de oscilación interdecadal del experimento de simulación durante el último milenio es consistente con el período de variabilidad interdecadal de la temperatura media global promedio del conjunto. , es decir, el experimento de simulación durante el último milenio. El modo de variabilidad climática interdecenal presente en es muy probablemente una respuesta al forzamiento externo.
Figura 1 Resultados del análisis del espectro de datos de temperatura del modo CMIP5; (A) CMIP5 es el espectro LFV del campo de temperatura de prueba. La línea de puntos indica la confianza calculada por el método Monte Carlo. =0,5, 0,1, 0,05, 0,01; cada línea de color representa un solo miembro (N = 44), y la línea negra gruesa es el promedio (b) Igual que A, analizando los experimentos de simulación de CMIP5 en los últimos mil años ( n = 16); (C) CMIP 5 Espectro de potencia de la temperatura promedio global en el último milenio (N = 16), la línea discontinua vertical azul indica los picos espectrales de B y C*** (Mann et al., 2021) .
Los autores utilizaron además un modelo de balance energético (un modelo climático simple que calcula la temperatura y su distribución basándose en el balance energético, sin considerar la variabilidad interna) para analizar los dos factores externos más importantes (radiación solar y volcánica). actividad) sobre la temperatura global. Al modelar múltiples secuencias de reconstrucción de actividad volcánica y radiación solar como una combinación de forzamiento externo o como un solo factor, se encontró que solo la actividad volcánica puede provocar cambios decenales en la temperatura media global. Muestra que la actividad volcánica es la razón principal de la oscilación interdecadal de la temperatura media global en los últimos mil años.
Además, el autor utilizó el mismo método para analizar los datos de observación y el experimento de simulación climática histórica CMIP5 (Mannet et al., 2020). Los resultados mostraron que la temperatura global es totalmente forzada. La simulación climática fue consistente con los datos de observación, los cuales tienen características de variación interdecadal con un ciclo de aproximadamente 50 años (Figura 2).
En los resultados de simulación climática histórica sólo con forzamiento artificial, aunque también hay un modo de variabilidad multidécada, su período es diferente, de unos 60 años (Figura 3). Al comparar los datos de observación con los resultados de varios modelos, se encontró que la fase de esta oscilación interdecadal también es consistente en observaciones y diferentes modelos, lo que obviamente es inconsistente con las características aleatorias de la variabilidad intrínseca. Considerando que no hay oscilación interdecadal en el experimento de referencia, indica que esta oscilación interdecadal es una respuesta al forzamiento externo (forzamiento artificial y forzamiento natural).
Figura 2 Experimento de simulación climática histórica CMIP 5 (forzamiento natural + forzamiento artificial) y análisis del espectro LFV del campo de temperatura de datos de observación; el sombreado gris indica el rango de distribución de los miembros del conjunto (el área gris oscuro es el 68% del área; rango de distribución de los miembros del conjunto %, el área gris es 95%), la línea negra gruesa es el valor promedio, la línea azul y la línea violeta representan los resultados de dos modelos diferentes respectivamente, y la línea azul es el resultado de la observación (Mann et otros, 2020).
Figura 3 Prueba de simulación climática histórica CMIP 5 (forzamiento artificial) y análisis del espectro LFV del campo de temperatura de los datos de observación. La prueba de simulación climática histórica aquí se refiere a una única prueba de forzamiento artificial que no incluye forzamiento natural; , y el resto es igual a la Figura 2 (Mann et al., 2020).
En resumen, los autores creen que probablemente no existe una variabilidad intrínseca interdecadal en el sistema climático, a diferencia de la escala interanual de El Niño-Oscilación del Sur. Desde la Revolución Industrial, los cambios interdecenales en las temperaturas globales han sido causados por causas tanto humanas como naturales. Durante los últimos milenios, cuando la influencia humana era débil, la actividad volcánica fue la fuerza impulsora detrás de las oscilaciones decenales en las temperaturas globales.
Dado que la investigación del autor se basa en modelos climáticos, los resultados obtenidos muestran principalmente que no existe variabilidad intrínseca interdecadal en el modelo CMIP5, y la confiabilidad de los resultados está limitada por la capacidad del modelo actual para simular la variabilidad intrínseca. No obstante, este resultado demuestra una vez más la importante influencia de la actividad volcánica en el cambio climático decenal durante el último milenio. Esto es consistente con las reconstrucciones de las temperaturas globales durante el último milenio que sugieren que la actividad volcánica es el principal impulsor del cambio climático interdecenal (Consorcio PAGES2k, 2019). Estos estudios nos inspiran a explorar en profundidad los mecanismos físicos de los impactos climáticos interdecenales de la actividad volcánica, lo que conduce a una explicación científica más profunda del cambio climático.
Agradecimientos: Gracias al investigador asociado de nueva generación Xu por sus comentarios y valiosas opiniones de revisión.
Principales referencias
Marcapasos del clima del Atlántico Norte durante siglos [J Science, 2000, 288(5473):1984-1985.
[1] Mannamey, Steinman, Miller. Falta de oscilaciones decenales y decenales internas en simulaciones de modelos climáticos [J] Nature Communications, 2020, 11: 49.
[2] Manman, Steinman, Broulette, et al. Oscilaciones climáticas decenales impulsadas por fuerzas volcánicas durante el último milenio [J]
Consorcio PAGES2k. Variabilidad multidecenal consistente en reconstrucciones y simulaciones de temperatura global de época común [J] Nature Geoscience, 2019, 12(8): 643-649.