[論文レビュー] Global surface temperature trends and the effect of World War II: a parametric analysis (long version)

B. Gottschalk|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2017

Scientific Research and Discoveries参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、1880年から2016年までの12の全球地表気温時系列（陸上および海洋、30度の緯度帯）に対して、ガウス型の項を含む2次関数モデルの非線形最小二乗フィッティングを実施し、8つの非極地域で第二次世界大戦期に顕著な温暖化のピークが確認された。このピークの振幅は0.3394 ± 0.0652 °C（ゼロからの5.2σ）であり、堅牢な結果であり、戦時中の燃焼活動に起因する人為的気候影響を示唆している。現在の状態が続く場合、長期的な温暖化傾向は今後20年間で0.5 °C上昇すると予測される。

ABSTRACT

We fit 12 independent surface temperature time series (zones of latitude), 6 land- and 6 ocean-based, with a Gaussian (centered around WW2) on a quadratic background. The four polar zones are unusable. Each of the remaining 8 shows evidence of a 0.2-0.3 degree C bump, although one zone is dropped from the final analysis because of an aberrant fit. Thus, we find that a surface temperature increase around WW2 is a robust, statistically significant (5.2 sigma) feature of the data, and must either be a coincidence, due to systematic error that came and went around WW2, or direct evidence of the effect of human activity (an increase in combustion of various sorts) on the global climate. The fact that, at least in that era, the temperature recovered quickly, is encouraging. On the other hand, extrapolation of the background temperature rise predicts an increase of 0.5 degree C in the next 20 years if conditions remain the same.

研究の動機と目的

• 独立した全球気温記録において、第二次世界大戦期に統計的に有意な気温異常が存在するかどうかを特定すること。
• 一貫したパラメトリックモデルを用いて、長期的傾向からWW2期の温暖化ピークを分離すること。
• ピークが統計的誤差や偶然によるものであるか、人為的活動の兆候であるかを評価すること。
• フィットされたモデルに基づいて、将来の全球地表気温傾向を予測すること。

提案手法

• 6つの陸上および6つの海洋時系列（30度の緯度帯）の12か国の月次全球気温時系列に、T(t) = p₁ + p₂u + p₃u² + p₆exp[−0.5((u−p₇)/p₈)²] というガウス型の項を含む2次関数モデルをフィットする。
• 多項式係数の安定化と数値精度の向上を目的として、無次元時間変換 u = B(t − A) を適用し、A = 1948.5年、B = 0.014607年⁻¹ とする。
• すべての12データセットに対して同一の初期パラメータ値を用いて独立した非線形最小二乗フィッティングを実施し、一貫性を確保する。
• データ不足のため4つの極域（1, 6, 7, 12）と、異常なフィッティングを示した赤道付近の陸上地域（3）を除外する。
• 7つの妥当なフィッティングの重み付き平均を用いて、最終的なパラメータ推定値と1σ誤差を導出する。
• 最終モデルを外挿し、今後20年間の気温傾向を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第二次世界大戦期に観測された温暖化ピークは、独立した全球気温記録において統計的に有意であるか？
• RQ2 陸上と海洋の気温データを分離した場合、ピークは維持され、両者のパラメータは一貫性を示すか？
• RQ3 ピークは系統的な測定誤差やデータアーチファクトによって説明可能か？
• RQ4 フィットされたモデルに基づく長期的な全球地表気温傾向の予測は何か？
• RQ5 WW2期のピークは、戦時中の燃焼に起因する人為的気候影響と整合的か？

主な発見

• WW2期の気温ピークの振幅は0.3394 ± 0.0652 °Cであり、ゼロからの差が5.2標準偏差に達し、強い統計的有意性を示している。
• ガウス型ピークの面積は1.948 ± 0.577 °C·年であり、ゼロからの差が3.4標準偏差に達している。
• ピークは陸上および海洋の両方の気温記録に存在し、ゾーン間で一貫したタイミング（u = −0.0692に中心）と持続期間（σ = 0.0276）を示している。
• 長期的な温暖化傾向は1世紀あたり0.747 ± 0.024 °Cと推定され、独立したERSST.v4のフィッティングと整合的である。
• 最終モデルの外挿により、現在の傾向が続く場合、今後20年間で全球地表気温が0.5 °C上昇すると予測される。
• モデルはWW2期のピークが系統的な測定誤差や偶然によるものである可能性は低く、戦時中の燃焼に起因する人為的活動が最も妥当な解釈であると考えられる。