年循环对生态系统有重要的影响。它是热带外很多观测气候变量的主导变率,地表气温的年循环占总方差的贡献可以大到超过90%(图1左)。传统气候变率和变化的研究是假定年循环不变,但观测证据表明近50多年北半球中高纬多数陆地区域的地表气温年循环呈现变小的趋势(冬夏温差变小,四季趋于不分明),尤其是在高纬50-70°N和东亚地区(图2左)。区域尺度上的这种变化是否和人类活动有关?
中国科学院大气物理研究所钱诚和加拿大环境部Xuebin Zhang合作,利用最新的CMIP5模式开展了从半球到次大陆区域尺度的检测归因研究,结果表明:模式模拟的地表气温年循环振幅对外强迫(ALL,人为强迫和自然外强迫之和)响应的时间-空间型和观测到的变化是一致的。模式不仅模拟出了高纬和东亚地区年循环的变小趋势,而且模拟出了地中海地区年循环的变大趋势。
在北半球中高纬地区可以清楚地检测出人类活动的影响;模式模拟的对人为强迫(ANT)响应的时间-空间型和观测一致(图2右)。在高纬和东亚地区,人为强迫的影响甚至可以和自然外强迫的影响分开。在东亚区域,虽然可以检测出模式模拟的对外强迫和人为强迫的响应;但模式模拟的响应比观测到的变化要小,主要因为在冬季模式模拟的响应比观测的变暖幅度小。
人类活动对冬季、夏季气温变暖趋势的影响可以在绝大部分区域清楚地检测出来;而冬夏温差已经把冬季、夏季气温变化中共同的外强迫作用减掉,导致信噪比明显减小。在这种情况下仍然可以检测出人类活动的影响,表明人类活动强度已经大到足以显著影响气温的年循环变化。