全球平均表面温度（GMST）是衡量气候变率和全球变暖的核心指标，其变化同时受到自然变率和外强迫因子的影响。其中，自然变率属于气候系统的内在属性，来自海洋、陆地、大气、海冰之间的相互作用，如大西洋多年代际振荡（AMO）、太平洋年代际振荡（PDO）、厄尔尼诺-南方涛动现象（ENSO）等。而外强迫因子指的是能够影响到达地表辐射变化的要素，包括太阳活动及轨道参数变化、自然排放的温室气体、火山喷发，以及人为排放的温室气体和气溶胶、土地利用变化等。

　　根据中国科学院大气物理研究所（大气所）厄尔尼诺集合预测系统预测2023年秋冬季将有很大概率发生一次强厄尔尼诺事件的结论，结合历史统计结果，大气所研究团队早在2023年6月即做出预测和预警，认为强厄尔尼诺事件发展期2023年GMST将有17%和61%成为1950年以来最高和前三名（Li et al., 2023）。之后，随着全球多地热浪频发、北太平洋暖斑持续存在、厄尔尼诺事件形成并迅速发展（图1d），全球海表和陆表温度屡创历史新高（图1b-1c），2023年6-10月GMST连续5个月创下工业革命以来的最高纪录，8月之后的增暖幅度更是惊人、超过1850-1900年1.5 C以上（图1a）。11月，大气所短期气候预测团队借助“地球系统数值模拟装置”多套自主研发的气候预测系统，预测2023/24年欧亚大陆中低纬、美洲大陆大部分区域均可能迎来一个异常温暖的冬季（Zheng et al., 2023）。

　　前所未有的破纪录最暖季节的频繁出现，极大程度地增加了2023年成为历史最热年的概率，这引发了全球各界对2023年GMST到底会有多高、为何会出现如此迅速增温等问题的关注。为量化2023年全球增暖程度并厘清2023年GMST爆发式增长现象中自然变率和全球变暖的相对贡献，为我国气候变化外交谈判提供有力的科学支撑，大气所博士生李柯欣、郑飞研究员、朱江研究员和曾庆存院士最新发表在《大气科学进展》的文章（Li et al., 2024）中，依据大气所GMST统计集合预测模型从2023年11月起报的结果，提前2个月预测2023年GMST将达1.41 0.07 C（图2a红色圆点及误差棒），相较于2022年GMST增长了0.24 C，将超过2016年成为有记录以来最热的年份，并逼近《巴黎协定》中制定的气候变化增温1.5 C控制目标。

图1 (a) - (c)：1950~2023年全球平均表面温度（GMST），全球平均陆表气温（GLAT），全球平均海表温度（GSST）的月序列（气候态为1850~1900年）。其中2023年和2016年分别由红色和黑色粗实线标出。(d) 2023年1~10月平均全球表面温度（ST）的空间分布。(e) 2023年1~10月平均与2016年平均全球表面温度之差。 (e) 2023年6~10月平均与1~10月平均全球表面温度之差。

　　报告进一步利用尺度分离的方法探究了2023年GMST迅速逼近1.5 C阈值的原因，发现2023年GMST相比2022年的增量中，有88%以上是由与强厄尔尼诺激发的年际尺度分量贡献（图2b-2c）。同时，受到AMO正位相影响的年代际偏暖也提供了不可忽视的年代际增暖背景。包括厄尔尼诺、AMO、极地海冰减少和北太平洋暖斑爆发在内的自然变率共同助推了此次GMST的爆发式增长，全球变暖趋势的作用微乎其微（图2d-2f）。在剔除自然变率的作用后，如果仅考虑全球变暖长期趋势的影响，2023年GMST则为1.15 0.07 C，相对于2022年仅增长0.02 C，并不能够打破历史记录成为最暖年，同时较1.5 C阈值尚有较大空间。

　　考虑到强厄尔尼诺事件的持续影响，2024年GMST仍可能继续超过2023年再创历史新高，将大概率突破1.5 C气候变化阈值。同时2024年的异常偏暖则可能覆盖全球大陆，极大地增加了高温热浪、干旱、森林火灾发生的可能性，需引起警惕（Li et al., 2024）。需要注意的是，由于1.5 C控温目标考察的是气候长期平均值，今明两年GMST受自然变率主导而接近/突破1.5 C并不代表全球变暖将要突破该限制。但是全球变暖长期趋势在可预见的未来仍将逐年增加，叠加自然变率的影响后，GMST将更加容易达到破纪录的温度并长期突破1.5 C阈值，并有可能导致气候系统的不可逆转折点出现、对人类生产生活造成灾害性影响，因此，达成减碳目标、减缓人为影响的气候变暖仍然刻不容缓。

图2 (a) 大气所GMST统计集合预测模型于2023年11月起报的2023年GMST预测值（气候态为1850~1900年）。红色圆点和红色误差棒表示预测结果的集合平均和集合离差。绿色圆点和绿色误差棒为在没有自然变率（ANV和MDV）影响的情况下2023年GMST预测值。黑色圆点和黑色误差棒代表1850-2022年间历史观测GMST及其在不同数据集之间的不确定性。红、蓝和绿色线为GMST的年际分量（ANV）、年代际分量（MDV）和全球变暖长期趋势分量（SCT）。 (b) 2010~2023年GMST的三个分量的年际增量（当年相较于前一年的增长值），黑线代表Nino3.4指数，2023年的年际增量和Nino3.4指数都包含预测结果。(c) 2023年1~10月ANV和Nino3.4的散点图，不同的颜色代表Nino3.4的强度。黑线为ANV和Nino3.4的线性回归。(d) 2023年预测的全球表面温度（ST）相对于2022观测值的增量。(e)是(d)图中由自然变率（ANV和MDV）贡献的部分。(f)是(d)图中由全球增暖长期趋势（SCT）贡献的部分。

　　该研究得到中国科学院前沿科学重点研究计划“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-DQC010）和国家自然科学基金（42175045）共同资助。GMST预测结果从2024年起将每个月在国家气候中心业务服务网站（http://cmdp.ncc-cma.net/cn/index.htm）和地球系统数值模拟大科学装置数据中心网站（https://earthlab-data.iap.ac.cn/GMST/）实时公开发布。

　　论文信息：

　　Li, K.-X., F. Zheng*, J. Zhu, and Q.-C. Zeng, 2024: El Nino and the AMO sparked the astonishingly large margin of warming in the global mean surface temperature in 2023. Adv. Atmos. Sci., doi: 10.1007/s00376-023-3371-4. (in press) http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-023-3371-4

　　Zheng, F.*, and Coauthors, 2023: Will the globe encounter the warmest winter after the hottest summer in 2023? Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-023-3330-0.

　　Li K., Zheng F.*, Cheng L., et al., 2023: Record-breaking global temperature and crises with strong El Nino in 2023-2024. The Innovation Geoscience, 1(2), 100030, https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2023.100030.