在上个世纪的大部分时间里，一个科学家小组成功地消除了人为引起的气候变化对冬季降水的影响，表明气候变暖正在显着改变整个北半球的冬季降雨和降雪。

该研究由国家大气研究中心(NCAR)的科学家领导，采用了一种创新方法，该方法依赖于降水和大尺度大气环流模式的观测，以及统计技术和计算机气候模拟。这使研究团队能够确定北美和欧亚大陆特定区域的月平均降水量，这些区域由于人类对气候的影响而下降，而非自然变率。

“我认为这很有启发性，”该研究的共同作者，NCAR资深科学家Clara Deser说。“我们的研究表明，人类引起的气候变化显然影响了过去100年的降水。”

结果表明，与人类温室气体排放相关的变暖温度刺激了自1920年以来欧亚大陆北部和北美东部广泛地区冬季降水的显着增加。

这项工作可能为全年气候变化对降水变化影响的更详细研究指明了方向。预计全球降水量每增加摄氏度平均增加1-2%，因为较温暖的大气层会产生更多的水蒸气。但局部变化可能变化很大，一些地区变得干燥，而另一些变得更加潮湿。

该研究由NCAR，中国兰州大学和法国图卢兹大学的研究人员在AGU期刊“ 地球物理研究快报”上发表。它由国家科学基金会资助，该基金会是NCAR的赞助商。

减去自然变异的影响

多年来，科学家们进行了归因研究，以确定天气模式的变化可归因于人类对气候的影响。国家和国际研究团队利用计算机模型和观察结果反复证明，自20世纪50年代以来全球气温升高主要是由于二氧化碳和其他温室气体排放的社会排放。

但确定温室气体在各大洲长达一个世纪的降水趋势中的作用是非常具有挑战性的，因为降水受到局部和变化的天气条件的影响，因此很难在日常噪声和日常噪声中看出长期变化。天气的年度变化。科学家以前依靠大量的气候模型模拟试图探测长期降水趋势的信号。

在这项新研究中，研究人员使用观测而非气候模型来确定气候变化对降水的影响。它们基本上将问题简化为减法问题：如果你带走了由自然变率引起的降水量，那么它与实际下降之间的差异可能归因于社会对气候的影响。

科学家转向了一种称为动态调整的创新方法。这包括将统计技术应用于1920年至2015年每个冬季大气环流模式的观测。这些循环模式，如北美和欧亚大陆的高压和低压系统的位置，独立发生吸收温室气体的积聚。

通过汇总所有循环模式，研究人员可以估算出特定循环模式发生时降落的典型降水量。然后，该团队将结果与实际下降的降水量进行了比较。两者之间的差异 - 与自然条件下的大规模环流模式相关的降水量和实际降水趋势 - 揭示了气候变化的影响。

结果表明，气候变暖导致北美东北部以及北美西北部的一小部分地区的冬季降水增加。气候变化也导致欧亚大陆西北部和中北部大部分地区降水增加。

相比之下，该研究表明，气候变化可能对北美中部和西南部分地区产生干旱影响 - 虽然不足以抵消自然变率 - 并且在欧亚大陆南部的大部分地区也是如此。然而，作者警告说，这些地区的结果不太明显，没有统计学意义。

Deser和她的同事关注冬季，因为一年中的降水是由广泛的大气模式驱动的，这些模式在数据中比在夏季降水中影响的局部条件(如土壤湿度和个别雷暴)更容易看到。它们集中在北半球，因为它包含的测量结果远远超过南半球。

结果与人为引起的降水变化的气候模型模拟非常吻合，提供了对模型的独立验证。

“科学家之前转向气候模型寻求答案。在这里，气候模型最终只是为了证实我们独立观察的结果，”该研究的共同作者，NCAR科学家Flavio Lehner说。“我认为这是这项工作的重大科学突破。”

Lehner和Deser在去年发表于“ 地球物理研究快报”的另一项研究中使用了相同的技术，以表明美国西南部最近的干燥很大程度上归因于自然的变化。

支持国际研究的证据

这项新研究依赖于历史降水测量和大气环流模式的详细国际数据集。它还利用了两个全球气候模拟数据集。其中一个被称为大型集合，使用基于NCAR的社区地球系统模型(CESM)从1920年开始创建40个全球气候模拟 - 每个模拟的起始条件略有不同。另一个包括37个世界领先的气候模型的模拟，包括CESM，用于国际气候研究项目，称为耦合模型比对项目5(CMIP5)。

该研究结果为使用强大气候模型试图辨别温室气体影响的国际研究提供了支持。例如，由于气候变化，CMIP5项目显示出类似的降水趋势模式。该研究完全依赖于计算机模拟，其结果不如新研究详细。

“当我们看到完全基于观测数据的方法与气候模型一致时，我们感到惊讶，因为这是观察气候变化的两种独立方式，”Deser说。“与降水变化的幅度和空间模式的一致程度确实令人印象深刻。”