研究文章 海洋学

Southern海洋人为碳含量受海表面盐度约束

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十搏欧洲杯直播官网2021年4月28日:
7卷,没有。18日,eabd5964
DOI: 10.1126 / sciadv.abd5964

抽象的

海洋通过占据四分之一的全球人为碳排放来减轻全球变暖。该碳汇约40%位于南海。然而,地球系统模型努力再现南海循环和碳通量。我们在亚热带极地正面区域和南海海洋的人为碳汇之间的当前海面盐度之间的两个多模型组合的紧张关系。观察和模型结果将累积南洋陷阱限制在1850 - 2100升至158±6碳的低排放情景共享社会经济途径1-2.6(SSP1-2.6)和高度下的279±14碳的成分。排放场景SSP5-8.5。受约束的人为碳汇积为14〜18%,而不是由无约束估计的估计不确定的46至54%。所识别的约束证明了淡水周期为南海循环和碳循环的重要性。

介绍

人为碳(C蚂蚁)海洋的吸收在减缓全球变暖方面发挥着至关重要的作用。自1850年以来,全球海洋占20%至30%(160±20 pg C)的c蚂蚁化石燃料燃烧,水泥生产和土地利用变化的排放(12)。大约40%的全球海洋C.蚂蚁在30°S南部的南海(3.-9.),使这个特殊的区域成为C的最大海洋汇蚂蚁

观察 - 基于观察(5.-8.)及模型(9.-13.)南洋C的估计蚂蚁吸收时会带来很大的不确定性(图。1)。观察到的估计中的不确定性主要是由数据稀缺引起的,特别是在冬季期间(14.-16.)。模型之间的不确定性可归因于模拟南洋复杂循环的缺点(11.17.-19.)。基于观测的累积南大洋C蚂蚁1850年至2005年期间(见材料和方法)的通量范围为40至71 Pg的C (5.7.8.答案:C蚂蚁当使用耦合模式相互比较项目(CMIP5)第5阶段的地球系统模型(ESMs)时,同一时期的碳吸收范围为44 - 63 Pg(模式间范围);图S1A) (9.),而使用CMIP6新一代模型(图。1A表1)。在2100×2100时,在CMIP5的高排放场景下,预计范围为194至279 pg C [代表浓度途径8.5(RCP8.5)(20.)],在CMIP6高排放情景下碳的含量为204至309 Pg[共享社会经济途径5-8.5 (SSP5-8.5) (21.)]。因此,新一代CMIP6 esm尽管进一步发展了模式,总体上提高了海洋模式的水平和垂直分辨率(22.),不要减少南海C的不确定性蚂蚁吸收。

Fig. 1 Projections of cumulative Southern Ocean Cant uptake in CMIP6.

ESM projections of the 21st century Southern Ocean (>30°S) cumulative Cant uptake since 1850 from (A) 11 CMIP6 models following the SSP5-8.5 scenario (21) with the data-based estimate for cumulative Southern Ocean uptake from 1850 to 2005 (black vertical line) (5, 7, 8). (B) Time series of the multimodel mean Cant uptake under the SSP1-2.6 (blue) and SSP5-8.5 (red) scenarios with ±1 SD for the CMIP6 model ensembles before (transparent) and after the emergent constraint is applied (opaque). The bars indicate the range of ±1 SD of the cumulative Cant uptake in 2100 under SSP1-2.6 (blue), SSP2-4.5 (yellow), and SSP5-8.5 (red) before (transparent) and after (opaque) the constraint is applied.

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图。1 累积南海的预测蚂蚁在CMIP6中摄取。

21世纪南海(> 30°S)累积C的ESM预测蚂蚁自1850年以来的吸收(一种) SSP5-8.5场景下的11个CMIP6模型(21.)从1850年到2005年(黑色垂直线)的累积南洋摄取基于数据的估算(5.7.8.)。(B.)多模型的时间序列意味着c蚂蚁在SSP1-2.6(蓝色)和SSP5-8.5(红色)±1 SD场景下,CMIP6模型集合在紧急约束应用之前(透明)和之后(不透明)的吸收。条形图表示累积C值的±1 SD范围蚂蚁在SSP1-2.6(蓝色),SSP2-4.5(黄色)和SSP5-8.5(红色)下的摄取在(透明)和(透明)之后(不透明),应用约束。

表1 不受约束(先前)和约束(约束后)累积南洋C.蚂蚁在CMIP5和CMIP6中摄取(碳的peta图)*。

查看此表:

在投影不确定性较大的情况下,例如南大洋C蚂蚁紧急约束的使用提供了一个机会来减少这些不确定性(23.-25.)。突发约束首先将特定变量的模型投影与ESM集合中相同或不同变量的可观测历史趋势、敏感性或基本状态相关联,然后利用对历史趋势、敏感性或基本状态的观测来利用这种关系。因此,出现的约束的保真度取决于关系的相关性和观测的不确定性。涌现约束已被应用于约束许多气候相关变量,如瞬态(26.27.)及平衡气候敏感性(28.29.)、北极雪反照率反馈(24.),碳循环反馈(30.31.)、海洋初级生产(32.)和北极海洋酸化(33.)。然而,由于突发约束可能相互冲突(28.34.)并且甚至可以从数据挖掘伪相关(35.),必须理解和展示支持它们的机制并测试独立模型集合中所识别的紧急约束(25.36.)。

在本研究中,我们发展并应用一个紧急约束来减少南大洋碳汇的不确定性蚂蚁。约束依赖于观察到的海表面盐度。对于CMIP6合奏提供的物理和生物地球化学过程理解支持约束,并使用CMIP5集合确认。

南大洋环流和C蚂蚁下沉

南海在全球c的重要作用蚂蚁其独特的发行量(12.37.)。Westerly Winds推动强烈不同的表面流动,允许旧的循环深水携带小C蚂蚁返回到极锋(PF)海面,即南极绕极流(12.37.38.)。只有一小部分上升流和表层水向南移动,转化为南极底水(12.38.)。最大的分数通过北向北流动,同时占用大量C.蚂蚁通过空气-海洋气体交换。最终,这些向北流动的水团转化为南极中层水(AAIW)和亚南极模态水(SAMW) (38.)通过表面热吸收和与中纬度的南方流动水混合(15.)。AAIW和SAMW,在C蚂蚁然后将光亚热带水下的亚热带前部(STF)的附近进行化压,进入更深的海洋(38.)。c的金额蚂蚁因此,在南海中起来,主要是通过其他因素的SAMW和AAIW形成的速度来决定,例如表面水域的缓冲能力和CO的空中平衡时间2,不那么重要(3.4.9.19.39.40)。

SAMW和AAIW的总俯冲率取决于北方流动表面水的密度(41.42.)上海洋的密度结构(12.17.)。较重的表面水,对应于SAMW和AAIW的较大露头区域(图S1C)(41.),有可能渗透更深并占据较轻的水下以下的较大体积(12.42.)。同样,当密度弱弱于强烈的海洋时,表面水更容易穿透。跨越CMIP6和CMIP5模型集合由位于PF和STF,即SAMW和AAIW之间的表面水线通风的海洋内部水量增加,随着海表面密度的增加而增加(R.2= 0.74;图。S2到S5)。因此,海表面密度是SAMW和AAIW的形成速率的物理支持的指标(12.41.43.44.),而且,又是c蚂蚁被南大洋吸收(12.41.)。

冷南海的海面密度变化强烈依赖于表面盐度的变化(R.2= 0.84;如图。S2A)(13.42.-45.),而地表温度的变化(R.2= 0.01;如图。S2B)。表面的盐度受到蒸发减去沉淀,海和陆冰熔体的水文平衡的影响,并通过循环进入表面层的净盐度。这种复杂和复杂的过程的平衡,以及又难以在型号中正确代表的表面盐度和密度(10.17.18.46.)。例如,在CMIP5模型中,发现南海表面水平平均偏偏压(图S2A)(10.17.18.),但模型传播很大。负盐度偏差可能是由太多沉淀(47.),太少的Circumpolar深水进入南海(17.),太弱,赤道流离失所的风,因此不会产生足够的上升(48.)在过去的几十年中,海冰范围太大了(46.)。尽管如此,上述模型结果支持的概述的机制解释表明,南海海景盐度是SAMW和AAIW形成的强大且众所周知的指标,因此蚂蚁吸收。

结果

南大洋表层盐度与C的浮现关系蚂蚁up

南海海洋表面盐度和C之间的紧密关系蚂蚁发现CMIP5和CMIP6模式的吸收。ESMs,如社区地球系统模型2 (CESM2),它模拟了PF和STF之间的低平均地表盐度(和密度),也模拟了一个小的C蚂蚁在30°S的南洋中摄取,虽然模拟高盐度的ESM,例如地球物理流体动力学实验室的CM4.0物理气候模型(GFDL-CM4),也模拟了高C.蚂蚁吸收(图2和无花果。S6和S7)。因此,我们期望并发现累积C之间有很强的相关性蚂蚁在1986 - 2005年的PF和STF之间的当前海面盐度的摄取和当前海面盐度的平均值。这种相关性在两个最新的模型代(CMIP6和CMIP5)上持有,每年都在21世纪(图3.和无花果。S8和S9,A和B)。这种关系产量,当与海面盐度的观察结合时,所谓的紧急约束(11.36.)在累积的c上蚂蚁来自CMIP6的11次ESMS的南海洋摄取(图3.)来自CMIP5的13个ESMS(图S8)。

Fig. 2 Sea surface salinity and cumulative Cant uptake in the Southern Ocean.

(A) Present-day sea surface salinity in August from World Ocean Atlas 2018 (80) and the sea surface salinity in August averaged over 1986–2005 simulated by the (B) CESM2 and (C) GFDL-CM4 models. Both models are part of CMIP6. Black and white contour lines delineate the PF and the STF in August. Simulated cumulative Southern Ocean (>30°S) Cant uptake over 1850–2100 for the (D) CESM2 and (E) GFDL-CM4 models. CESM2 is the minimum of the CMIP6 ensemble for both present-day (1986–2005) mean sea surface salinity between the PF and STF (33.67) and projected cumulative Cant uptake in 2100 (204 Pg of C), while GFDL-CM4 is the ensemble maximum (34.16 and 309 Pg of C). The observation-based mean sea surface salinity between the PF and STF is 34.07 [World Ocean Atlas 2018 (80)].

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图2 海表盐度和累积C蚂蚁在南海的摄取。

一种)《2018年世界海洋地图集》8月份今海表盐度(80)和由(B.cesm2和(C) GFDL-CM4模型。两种型号都是CMIP6的一部分。8月份的爱国阵线和恐怖阵线由黑白等高线勾画。模拟累积南大洋(>30°S) C蚂蚁超过1850-2100的摄取(D.cesm2和(E.) GFDL-CM4模型。CESM2是当天(1986-2005)的CMIP6集合的最低限度,PF和STF(33.67)之间的平均海表面盐度和投影累积C.蚂蚁2100(204张C)的摄取,而GFDL-CM4是最大(34.16和309页C)的集合。PF和STF之间的观察平均海表面盐度为34.07 [2018年世界海洋地图集(80)]。

图3. 累积南洋的紧急约束蚂蚁在CMIP6中摄取。

预计的累积c蚂蚁在CMIP6模型集合中,在30°S的南海南部摄取(一种)从1850年到2005年的历史时期,从1850年到2100岁以下的历史和未来时期(C) ssp1 - 2.6, (E.) SSP2-4.5,及(G)SSP5-8.5针对现在(1986-2005)的平均PF和STF之间的海表面盐度。线性回归拟合(红色虚线)和相关的68%预测间隔显示在(a),(c),(e)和(g)中,如本日白天表面密度的观察到估计具有相关不确定性(黑色阴影区域)的PF和STF(黑色虚线)。累积南洋C的概率密度函数蚂蚁吸收(B.)1850年至2005年,从1850年到2100(D.) ssp1 - 2.6, (F) SSP2-4.5,及(H) SSP5-8.5,在紧急约束应用之前(“CMIP6之前”透明)和之后(“约束之后”不透明)。基于数据的估计在(B)中以虚线表示(5.7.)和点缀(8.)线路并按比例缩放到C的相同定义蚂蚁作为模型(见材料与方法)。

南大洋累积C蚂蚁计算各ESM自1850年以来的吸收量,作为累积海气CO的差值2在历史和未来仿真和相应的预工业控制(PI-Control)仿真之间,南方的助焊剂在30°S之间。这个的这个定义蚂蚁吸收包括由大气CO增加驱动的通量2浓度与天然气海有限公司的变化2由气候变化引起的通量(例如,变暖和循环和生物的变化)。每个模式每月及各经度的PF及STF均以1986至2005年的海表温度最高温度梯度为基础(49.-51.)(参见材料和方法和图1. S10)从该正面区域的每月数据计算平均表面盐度。每次ESM使用一个集合构件,因为内部模型变异性与模型之间的差异相比(参见材料和方法)。累积C之间的关系蚂蚁PF和STF之间的摄取和平均表面盐度采用每个模型的等量线性回归计算。累积C的约束估计蚂蚁然后将摄取作为出新的关系的条件概率密度函数(PDF)的标准化乘积以及假设高斯分布的观察结果。

随着这种紧急约束,南海累计c蚂蚁从1850年到2005年的CMIP6模型集合的摄取从49±5到55±3 pg C(R.2= 0.74;表1图3.)(不确定性是指±1 SD,和R.2是模拟海面盐度和C之间的测定系数蚂蚁吸收)。无约束和有约束的均值估计是显著不同的(学生的T.测试,5%的意义水平)。约束的平均估计也更接近38±13 pg C的观察结果的中心值(5.7.)和54±14 pg c(8.)在同一时期。

约束累积C.蚂蚁在CMIP6中从1850年到2100起摄取

在累计南洋施加紧急约束后蚂蚁从1850年到2100起摄取,摄取从134±13到158±6 pg c(R.2= 0.89;表1图3.)在低排放SSP1-2.6场景下。对于SSP2-4.5情景与中等CO2排放量,21世纪中期的峰值,后来减少,南海累计c蚂蚁C从173±16 Pg到200±8 Pg (R.2= 0.87)。在高排放场景SSP5-8.5下,南海累计C蚂蚁摄取从244±28到278±13 pg c(R.2= 0.85)。因此,估计累积C的不确定性蚂蚁这三个CMIP6场景中2100的摄取降低了46%至54%,而估计的摄取本身增加14%至18%。在CMIP6集合中,10个ESMS中的10个,低估了PF和STF之间的年海表面盐度,因此也是C的摄取蚂蚁。通过对这种系统的海表盐度偏差进行修正,限制了南大洋累积C蚂蚁2100的摄取是显着的(学生的T.测试,5%的显着性水平比每种情况的无拘无束的摄取量大。

与CMIP5的比较

为了测试紧急约束的稳健性,我们进一步将约束应用于CMIP5模型集合。在这个合奏中,累积的南洋c蚂蚁低排放RCP2.6情景下1850年至2100年碳含量从138±10 Pg增至142±6 Pg (R.2= 0.77),从173±16到183±8±8 pg C,在中等排放RCP4.5场景下(R.2= 0.88),高排放RCP8.5场景下的241±24至253±9±9张C.R.2= 0.90)(图S8)。

对于CMIP6模型集合,约束估计的不确定性约为无约束估计的一半(40 ~ 63%)。然而,在CMIP5集合的约束结果中,最好估计的增加是3%到6%,并不显著(学生的T.测试,5%的显着性水平)和小于CMIP6模型集合的相对增加(14至18%)。最佳估计的这种较小的变化是由于CMIP5(0.11)中较小的模型平均平均盐度偏差而不是CMIP6(0.18)。

南海C.蚂蚁rcp的吸收通常小于SSP。这种差异很大程度上是由于规定的大气CO含量较高造成的2与RCP情景相比,SSP在21世纪的轨迹,这是由于不同的能源和土地利用假设(20.21.)。例如,在高排放场景中,规定的人类学CO2在大气中,平均超过21世纪,SSP5-8.5比RCP8.5更大约15%(52.53.)。这在很大程度上解释了为什么累积南大洋C蚂蚁从2005年到2100年,SSP5-8.5比RCP8.5大12% (表1)。

扩展到南海酸化的约束?

我们的紧急约束表明南海可能会占用更多C.蚂蚁比CMIP6模型的估计意味着。但是,增强了c蚂蚁摄取也可能导致更强的海洋酸化(54.),即相对于碳酸钙矿物质的pH和海水饱和状态的降低(ωarag.)和方解石(ωcalc)。海水化学的这些变化已被证明对拱心石文石和方解石贝壳物种和其他海洋生物产生负面影响(55.-57.)。

通过扩展C蚂蚁在不同深度水平下吸收海洋酸化(33.),我们预测在30°S至40°S之间的STF以北的CMIP6模式集合中,海洋酸化略大,其中大部分俯冲的AAIW和SAMW位于此(图S11)。在300至1500米的水域,本世纪末Ωarag.根据CMIP6模型集合的SSP5-8.5,由约束减少0.78±0.06至0.74±0.06和Ωcalc通过约束从1.22±0.09减少到1.16±0.10。限制end-of-centuryΩarag.和Ωcalc投影只有不同的不同(学生T.测试,5%)从300和600米之间的无约束投影。在1500米以下,没有发生SAMW和AAIW (17.), PF和STF与世纪末Ω之间的海表盐度没有关系arag.和Ωcalc

与累积南大洋C的紧急约束相比蚂蚁,约束Ωarag.和Ωcalc海面盐度不会减少Ω的不确定性arag.和Ωcalc只有非常略微调整最佳估计。虽然海面盐度被显示为约束c蚂蚁从大气中吸收,它不限制其他影响Ω的过程arag.和Ωcalc解析:选C蚂蚁从南海运输到亚波质,在模型中强烈变化(9.),以及碱度、营养、温度和盐度的变化。

讨论

潜在的限制

当esm中未包含识别关系的重要过程或没有很好地表示时,紧急约束的使用有限制(25.)。在本节中,讨论了南极冰融化,南极冰融化的淡水进报,南洋经济倾覆循环和生物过程的可能作用。

南大洋中尺度涡旋影响示踪物质的输送,如热、盐度、碳和营养物质(58.-61.)。然而,这些中尺度涡旋的显式模拟需要较高的水平和垂直海洋模式分辨率,特别是在高纬度地区,如南大洋(62.)。大多数CMIP5和CMIP6模型使用海洋型号,水平分辨率约为1°(22.63.)。到目前为止,用高分辨率的全耦合esm进行瞬态模拟在计算上过于昂贵,特别是因为这些模拟还需要足够长的自旋上升来达到稳定的平衡(64.65.)。因此,漩涡对平均海洋循环的影响和海洋示踪剂的运输,例如盐度和碳,是在CMIP模型中的参数化。虽然涡流坐标化对模拟海面盐度和C具有效果。蚂蚁吸收(58.-61.),由于它们相对粗糙的分辨率和优异进一步调查,当全局耦合ESMS中的涡流蚀刻的海洋模型将变得更广泛的可用时,这种效果不能通过最先进的CMIP6 ESM来量化。

此外,南极冰熔体的淡水输入的变化不包括在这些模型中的任何一个中。这种淡水输入有可能进一步减少海面盐度,因此是C的摄取蚂蚁在南海。近几十年(估计超过1995 - 2015年)(估计为<0.05)(估计为<0.05)66.)比现在(1986-2005年)的模型间变异性(0.8;图3.(图S2A),需要更多的研究来量化21世纪陆地冰融化的影响。

另一个观察到的模型不是很好的过程是过去几十年来加速南洋经济倾覆循环的上部细胞(67.)。这种加速和未来可能的进一步加速可能会使水面停留时间减少到10个月以下,这是产生CO表面海洋分压所必需的2平衡大气平衡,因此可能会降低C的摄取蚂蚁来自大气层(15.)。

此外,我们的紧急约束纯粹是物理的,并没有解释生物过程的表现和它们在21世纪的潜在变化,这在这些模型中变化很大(68.69.)。但是,最近的研究(7071.)建议与海洋物理学相比,生物过程目前对海洋C发挥着次要作用蚂蚁尽管他们对天然有限公司的重要性2海运助势(72.)。

“确认”紧急约束

近年来,近年来紧急限制的发展不仅导致了对地球系统的理解,而且导致了相互冲突的结果,即对同一个预定变量的紧急约束,但不同的可观察变量导致不同的结果(28.34.)。此外,在大型数据集(如CMIP数据集)中,突发约束甚至可以从数据挖掘的伪相关性(35.)。避免虚假的限制,大厅。(25.)提出要确认的紧急约束的三个标准。这些标准是(i)紧急关系背后的合理机制,(ii)核实拟议机制,(iii)和样品外试验。在我们的分析中满足了所有三个标准。

首先,我们提出了一种合理的潜在机制,即南海海景盐度决定了在表面海底下方的SAMW和AAIW的量,从而传输C.蚂蚁从地面到地下海洋。越多蚂蚁从表面海洋中取出,越多蚂蚁可以通过空中海洋公司从大气中吸收2通量。其次,我们通过证明前部区域的盐度与SAMW和Aaiw的露头区域以及地下南海的通风水域的容量和C的通风水分有关,验证了这种机制。蚂蚁吸收(图S2至S5)。第三,我们在不同的ESM集合(CMIP5)上施加了抽样测试。尽管新CMIP代的模型并非严格独立于他们开发的前辈,但之前的模型生成中的这种样本测试被认为是潜在的紧急约束的有用证据(25.)。

虽然底层SAMW和AAIW和Southern海洋的体积之间的关系蚂蚁摄取可能更直接,我们选择海面盐度作为可观察的数量,因为其观察不确定。海表面盐度在良好的线性相关性和低观测性不确定性之间提供了最佳折衷。

我们的结果不直接限制C.蚂蚁吸收全球海洋。南海C.蚂蚁在30°S以南的1850-2100年的吸收与海洋C无关蚂蚁30°S北部的水槽(R.2= 0.07),即弱或强南大洋C蚂蚁水槽没有通过强或弱的C系统地补偿蚂蚁30°S北部的水槽。因此,C中的Intermodel差异蚂蚁30°S以北的摄取保持不变。

南海淡水循环的重要性

我们的研究结果表明,海面盐度和累积南海的模拟蚂蚁与CMIP6模式集合相比,CMIP5模式集合与观测结果的一致性更好。这是出乎意料的,因为在几乎所有的esm中,海洋的垂直和水平分辨率从CMIP5增加到CMIP6 (22.)南海风迫使和海表面温度的表示得到改善(73.)。然而,从CMIP5到CMIP6,淡水循环和海面盐度的大偏差仍然存在,甚至有所增加。我们证明,确实是海面盐度和南大洋淡水循环对模拟南大洋环流(74.75.)和相关的海洋c蚂蚁吸收(45.76.)。迫切需要提高正确模拟南洋淡水循环的能力,迫切需要将其中一个最大的不确定性放在C的命运中的一个最大的不确定性之一蚂蚁和气候。

材料和方法

地球系统模型

我们在本研究中使用了24个ESMS,11来自CMIP6(表S1)和13来自CMIP5。所有型号包括耦合的海洋生物园艺方案,并已在气候和海洋生物地球化学预测的背景下应用(68.69.)。每个ESM使用浓度驱动模拟中的单个集成成员(可用时使用集成成员1,否则使用集成成员2)。所有模型模拟的时间跨度均为1850 - 2100年(GFDL-ESM2G和GFDL-ESM2M分别为1861-2100年),分别为1850 - 2005年(CMIP5)和1850 - 2014年(CMIP6)历史温室气体和气溶胶以及自然强迫变化之后的1850 - 2100年。CMIP5模式在2006-2100年的模拟过程遵循RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5, CMIP6模式在2015-2100年的模拟过程遵循SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5。GFDL-CM4输出仅适用于SSP5-8.5, Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti climatatici - Community Earth System Model (cmc - cesm)输出仅适用于RCP8.5,和Hadley中心全球环境模型版本2-碳循环(HadGEM2-CC)和群落地球系统模型版本1-生物地球化学(CESM1-BGC)仅输出RCP4.5和RCP8.5。

模拟年度海气CO2采用30°S以南的通量和月温度、盐度输出场。所有这些输出字段在原生模型网格上进行分析。人为的空气-海洋CO2助焊剂被计算为空中海有限公司之间的差异2将历史仿真中的通量与未来仿真和并行pi-Control仿真相结合。因此,任何模型漂移都可以直接解释。请注意,这一定义的人为空气-海洋CO2通量包括由大气CO增加驱动的通量2浓度和自然市海洋有限公司变化的浓度及任何助焊剂2通量。天然气-海CO2助势可能来自受到人为和自然迫使和内部气候变化的气候变化。

根据1986年至2005年的海面温度和盐度输出的每月气候学,每次ESM计算PF和STF之间的平均南海海表面盐度。在整个稿件中,盐度报告了实际盐度刻度。每个月,经度和模型识别前部,在PF的情况下通过1°至6°C的最大纬度温度梯度,在壳体的情况下,范围为9°至18°CSTF整个模型集合(图S10)(49.-51.)。然后平均前部的每月面积平均盐度,以获得年度平均值。我们对前线的定义有时会在延迟位置的大移位(图S10)。但是,我们的结果对前线的定义不敏感。即使在更广泛的等温线上选择前线,突出约束仍然是鲁棒(表S2)。

ω.arag.和Ωcalc脱机计算模拟溶解无机碳、总碱度、温度、盐度,以及可用的溶解无机磷和硅,使用mosy2.0 (77.)和均衡常数建议用于最佳实践(78.)。为了考虑碳酸盐化学偏差在现在的ESMS中,将所有输入变量相对于2002的模型异常添加到基于观察到的全球海洋分析项目版本2(GLODAPV2)观察产品(79.),其被标准化为2002年。对于没有溶解无机磷和硅输出的模型,假设异常为零。使用并发PI控制模拟来校正模型异常。使用具有Glodapv2观察覆盖率的所有网格细胞(〜96%的南洋体积)。盆地宽平均值在30°S和40°S的ω之间arag.和Ωcalc基于网格细胞体积加权。

内部模型变异性的作用

使用Institut Pierre-Simon Laplace 6A - 低分辨率(IPSL-CM6A-LR)的前四个集合成员评估了模型内部变异性对检测到的紧急约束的影响。PF和STF(33.85至33.88)和投影累积C之间的现今每年海面密度的内部变形性蚂蚁与CMIP5和CMIP6模型集合(33.56至34.34; 194至309 pg C)的范围相比,发现南海(233.2至234.6 pg C)的摄取可忽略不计。

观测条件的限制

PF和STF之间的海表盐度计算与ESM集合相同,但使用的是来自2018年世界海洋图集气候(80)。利用世界海洋地图2018年在该地区的各种表面栅格细胞中,估计与海表面盐度相关的不确定性。

基于观察的C蚂蚁助丝

基于观察的累积C蚂蚁从1850年至2005年的助熔剂来自于基于观察的C.蚂蚁1995年的通量[C年1.12±0.26 Pg-15.7.)和1.04±0.27 pg C年-18.)]。按照标准做法(5.7.8.81.),c蚂蚁一年的通量T.来自于基于观察的c蚂蚁1995年通过将助焊剂缩放与人为型CO成比例的助焊剂2浓度在大气中 F 蚂蚁 1765 T. = F 蚂蚁 1765 1995年 δ. 有限公司 2 1765 T. δ. 有限公司 2 1765 1995年 (1)T.作为相应的一年,F蚂蚁1765作为c.蚂蚁相对于1765年流入海洋的通量,ΔCO2176.5.T.)作为CO的扰动2气氛中的混合比率相对于1765 [例如,1995年,它是每百万份(PPM)= 360ppm - 278 ppm的82份。

CMIP5和CMIP6型号在1850年开始,因此定义了所有C.蚂蚁1850年后排放为C.蚂蚁,虽然基于观察的估计通常定义C.蚂蚁因为所有C蚂蚁1765年后发出。这种不同的C的定义蚂蚁故选C蚂蚁通过ESMS与基于观察的估计相比有两个原因:海洋占用的时间C蚂蚁减少了85年,以及自然背景CO的差异2浓度约为7 ppm(82.)。人们发现,这两者结合起来会产生全球海洋累积C的差异蚂蚁1995年的29 pg C 29 pg(29%)(82.)。

为了能够比较模型结果对基于观察的估计,我们缩放了基于观察的C估计蚂蚁通量到c蚂蚁使用以下等式中的ESM中使用的定义 F 蚂蚁 1850年 T. = F 蚂蚁 1765 1995年 δ. 有限公司 2 1850年 T. δ. 有限公司 2 1765 1995年 (2)F蚂蚁1850年F蚂蚁1765作为c.蚂蚁助焊到海洋中,从测量相对于参考年份1850年和1765年估算,ΔCo21850年是CO的扰动2如ESMS所使用的大气中的混合比率相对于1850,以及ΔCo21765是CO的扰动2基于观察估计使用的大气中的混合比率相对于1765。通过这样做,累积南海C的观察估计蚂蚁从1765年到2005年的摄取降低了2550年至2005年的25%,例如,从77到58 pg c(5.7.)和72至54 pg c(8.)。

紧急的约束

对于突发约束,在预测变量(C蚂蚁摄取或Ωarag.和Ωcalc)和海面盐度之间的PF和STF。所有模型的权重相等。对于无约束(先验)集成和突发约束,计算了投影变量的pdf。之前的PDF是在假设所有模型都是等可能的,并从高斯分布采样的情况下导出的。受约束的PDF被计算为突发关系的条件PDF和观测约束的PDF的标准化乘积,遵循先前建立的方法(26.27.29.-33.)。

补充材料

https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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参考和笔记

致谢:我们承认负责CMIP的世界气候研究计划耦合模型工作组。对于CMIP,美国能源部的气候模型诊断和相互比较项目与全球地球系统科学门户组织合作,提供了协调支持,并领导了软件基础设施的开发。J.T.还感谢IPSL建模小组提供的软件基础设施,特别是O. Torres,他帮助进行了模型分析。感谢T. Stocker的讨论,感谢R. Slater和S. Griffies提供高分辨率模型输出。资金:该项目已获得欧盟“地平线2020”研究和创新计划的资助。821003 (4C项目,本世纪气候与碳的相互作用)。作品只反映了作者的观点;欧盟委员会及其执行机构对任何可能使用该工作包含的信息不负责。T.L.F.和F.J.感谢瑞士国家科学基金会的资助,拨款PP00P2_170687(给T.L.F.)。200020_172476(给F.J.)和瑞士国家超级计算中心。作者捐款:这项研究由所有共同院胎构思。J.T.执行模型输出分析并产生数字。所有作者都贡献了想法并讨论了结果。J.T.写下初步草案,所有同轴师都致力于写作。利益冲突:提交人声明他们没有竞争利益。数据和材料可用性:本研究中使用的ESM输出可通过地球系统网格联合使用(https://esgf-node.ipsl.upmc.fr/projects/esgf-ipsl/)。2018年世界海洋地图集的观察结果(https://accession.nodc.noaa.gov/NCEI-WOA18),由美国国家海洋和大气管理局提供。评价论文结论所需的所有数据均在论文和/或补充资料中。可能要求作者提供与本文相关的其他数据。

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