氣候指紋揭示了人類對大氣溫度變化的明顯影響

勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室科學家的新研究顯示，人類活動正在不可否認地改變著地球大氣的熱結構。通過將氣候"指紋"擴展到中高層平流層，該團隊將人類對氣候影響的檢測提高了五倍。在這些地區，二氧化碳驅動的溫度變化的獨特模式強調了自然原因不可能解釋這些變化。

從國際空間站看地球表面，圖中可以看出地球大氣層的層次。資料來源：美國國家航空航天局

新的研究表明，現在自然原因幾乎不可能解釋衛星測量的地球大氣熱結構的變化。

勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家和同事進行的分析首次表明，將"指紋"技術用于識別人類對氣候的影響，擴展到中高層平流層（地球表面以上25-50公里）后，可將人類對氣候的影響的檢測率提高五倍之多。

LLNL氣候科學家和發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇論文的共同作者Stephen Po-Chedley說："將中高層平流層包括在垂直指紋中會產生人類對地球大氣熱結構影響的明確證據。"

對流層（大氣層下層）和平流層下層溫度趨勢之間的差異長期以來被認為是人類對氣候影響的一個"指紋"。然而，這種指紋忽略了來自中高層平流層的信息，根據同樣在LLNL的共同作者Karl Taylor。

Taylor說："將指紋識別擴展到平流層上部，并將改進后的氣候模型結果與現在涵蓋37年的觀測溫度測量結果進行比較，意味著現在自然原因幾乎不可能解釋衛星測量的地球大氣層完整結構中的趨勢。"

對流層的噪聲可能包括日常天氣、厄爾尼諾和拉尼娜現象引起的年際變化以及氣候的長期自然波動。在平流層上部，變異性的噪音較小，而人類造成的氣候變化信號較大，因此信號可以更容易區分。

可探測性的發生是由于二氧化碳排放造成的平流層溫度變化的獨特模式和幅度。人類引起的平流層降溫很大，并隨著高度的增加而增加。相比之下，平流層溫度的自然變化較小，產生不同的冷卻模式。

在1967年用一個簡單的輻射對流氣候模型進行的模擬中，Syukuro Manabe和Richard Wetherald量化了二氧化碳的溫度影響。他們的研究得出了對流層變暖和平流層變冷的結論，并預測冷卻會隨著對流層頂以上的高度增加而放大。Manabe和Wetherald預測的溫度垂直分布后來被更復雜的模型和觀測所證實。

但是，早期基于模式的研究，尋求在氣象氣球和衛星大氣溫度數據中發現人類的指紋，卻忽略了平流層的中上部，在那里，二氧化碳增加的溫度信號預計會比對流層或平流層下部大得多。

Po-Chedley說："在尋找人類的二氧化碳信號時，平流層中上部有一個額外的優勢，即它比低層大氣受顆粒物污染和人類造成的平流層臭氧變化的影響要小。"

這項新工作擴展了早期的指紋研究，這些研究僅僅依靠微波探測儀（MSU）數據來估計大氣溫度變化的緯度-高度分布。在新的研究中，研究小組將改進后的衛星數據集中看到的大氣溫度趨勢與較新的歷史時期的模型模擬中獲得的趨勢進行了比較。這些模擬提供了由于人類對氣候的影響而產生的預期"信號"的估計。

該小組還使用了工業化前控制運行的集合，其中沒有人類或自然外部因素的逐年變化。控制運行提供了多模型對氣候的自然內部變化所產生的"噪音"的估計。衛星觀測到的大氣溫度變化與人類造成的變化一致，并產生了很大的信噪比。