大气研究为与二氧化碳增加相关的人为气候变化信号提供了明确的证据

新的研究提供了人类对气候变化的“指纹”的明确证据，并表明来自人类活动的特定信号改变了地球大气的温度结构。

对流层和平流层下层温度趋势之间的差异长期以来一直被认为是人类对气候影响的指纹。然而，这种指纹忽略了平流层中上层的信息，距离地球表面25至50公里。

“包括这些信息可以将人类指纹的可检测性提高五倍。可检测性增强是因为平流层中上层具有来自人为一氧化碳的较大冷却信号2增加，自然内部变化的小噪声水平，以及不同的信号和噪声模式，“根据发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的期刊文章”对人类指纹对大气温度的特殊贡献”。

对流层的噪音可能包括日常天气、厄尔尼诺现象和拉尼娜现象引起的年际变化以及气候的长期自然波动。在平流层上层，变率的噪声较小，人为引起的气候变化信号较大，因此信号更容易区分。

“通过长期的温度记录和改进的气候模型将指纹识别扩展到平流层上层意味着自然原因现在几乎不可能解释卫星测量的地球大气热结构趋势，”该论文指出。

“这是与一氧化碳相关的人为气候变化信号的最明确证据。2“主要作者本杰明·桑特(Benjamin Santer)说，他是马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)物理海洋学系的兼职科学家。

“这项研究削弱并反驳了最近的大气和地表温度变化是自然的，无论是由于太阳还是由于气候系统的内部循环。就我们在这里看到的情况而言，自然的解释几乎是不可能的：大气温度结构的变化，“桑特补充道，他从事气候指纹识别工作了30多年。这项研究推翻了不正确的说法，即我们不需要认真对待气候变化，因为它都是自然的。

这项研究的动机是Suki Manabe和Richard Wetherald的早期工作，他们在1967年使用一个简单的气候模型来研究CO如何2化石燃料燃烧可能会改变大气温度。

他们的建模发现了一个非常显着的特征：一氧化碳的增加2水平导致更多的热量被困在对流层(地球大气层的最低层)中，更少的热量逸出到平流层(对流层上方的层)，从而使对流层变暖并冷却平流层。对流层变暖和平流层变冷响应CO增加的预测2已被更复杂的模型多次证实，并通过将模型结果与气象气球和卫星的全球平均大气温度观测结果进行比较来验证。

尽管这些早期的研究考虑了平流层中上层的全球平均温度变化，大约在地球表面上方25至50公里处，但他们没有研究这一层气候变化的详细模式。由于改进了模拟和卫星数据，现在可以更好地研究这一地区。这项新研究首次在平流层中上层寻找人为引起的气候变化模式 - 也称为“指纹”。

“由于一氧化碳，平流层中上层温度变化的人类指纹2增加确实是非同寻常的，因为它们是如此之大，并且由于内部变化和自然外部强迫而与那里的温度变化如此不同。这些独特的指纹可以检测人类对气候变化的影响，因为一氧化碳2在短时间内(~10-15年)具有很高的信心，“共同作者，华盛顿大学大气科学系教授Qiang Fu说。

“世界一直在气候变化下挣扎，因此尽可能对二氧化碳的作用充满信心至关重要，”共同作者，麻省理工学院马丁环境研究教授Susan Solomon说。“观测结果不仅显示对流层变暖，而且平流层上层强烈冷却，这一事实是独特的证据，可以确定二氧化碳在气候变化中的主导作用，并大大增加了信心。

桑特说，虽然能够将指纹延伸到大气层中以测试Manabe和Wetherald的预测在智力上令人欣慰，但它也令人深感担忧。

“作为一个试图了解后代将要居住的世界的人，这些结果让我非常担心。我们正在从根本上改变地球大气层的热结构，认识到这一点并不快乐，“桑特说。

“这项研究表明，现实世界已经以一种根本无法用自然原因解释的方式发生了变化，”桑特补充道。“我们现在面临着美国和全球关于如何应对气候变化的重要决定。我希望这些决定是基于我们对人类对气候影响的现实和严重性的最佳科学理解。

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