[論文レビュー] Relationship between sunspot number and total annual precipitation at Izana (Tenerife): Maximum precipitation prediction with three year lagged sunspots?

Xavier Calbet, María Carmen Carrascosa Romero+3 more|ArXiv.org|Oct 29, 2001

Climate variability and models参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、テネリフェのイサナ観測所における年間 sunspot 数と降水量の間に、統計的に有意な3年遅れの逆相関関係が存在することを特定した。これは、3年前に太陽spots活動が高かった場合、その後の降水量が低くなる傾向があることを示唆している。研究者たちは、P = 1250 - 4.25R_i という予測モデルを提唱し、太陽活動の過去データに基づいて、95%信頼区間で長期的な最大降水量を予測可能であると示した。

ABSTRACT

A possible relationship between sunspot number and total annual precipitation from the Izana Observatory has been found. The annual precipitation period ranges from 1916 to 1998, thus including nearly eight 11-year solar cycles. When points of total precipitation for a given year at Izana are plotted on the ordinate axis versus the yearly sunspot number on the abcisa axis three years back from the precipitation one, nearly all of them lie in the lower left hand corner of the diagram. This seems to indicate a relationship between the above mentioned variables. If this relationship is confirmed it would permit the prediction of a maximum annual precipitation at Izana three years in advance.

研究の動機と目的

• 太陽活動（sunspot数で測定）とイサナ観測所における年間降水量との間に、長期的な関係が存在するかを調査すること。
• sunspot数とその後の降水量合計との間に、時間遅れ相関が存在するかを特定すること。
• この相関関係が、イサナにおける最大年間降水量の予測モデル化を可能にするかを評価すること。
• 観察された関係の統計的有意性および潜在的な物理的メカニズムを評価すること。

提案手法

• 本研究では、イサナ観測所（1916–1998年）の年間降水量データと、NOAA/NGDCデータベースの年平均sunspot数を分析した。
• 時間的関係を特定するために、降水量を3年遅れのsunspot数とプロットした。
• 線形予測モデルとして、P = 1250 - 4.25R_i を導出した。ここでPは年間降水量、R_i は3年遅れのsunspot数である。
• 独立性のカイ二乗検定を実施し、降水量が中央値を上回るか下回るかとsunspot数の4つの区間との関係を検証した。自由度は分割表に合わせて調整された。
• 観測度数と期待度数を用いて、4つのsunspot数区間における統計的有意性を評価した。
• 検定統計量（λ = 8.49）を、自由度3、有意水準5%のカイ二乗分布の臨界値（χ²₃;₀.₀₅ = 7.815）と比較し、帰無仮説（独立性）を棄却した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イサナにおける年間降水量合計とsunspot数との間に、統計的に有意な遅れ相関が存在するか？
• RQ2 3年遅れのsunspot数を用いて、イサナにおける最大年間降水量を信頼性をもって予測できるか？
• RQ3 太陽活動と地域的降水量パターンとの間の相関の強さと性質は何か？
• RQ4 太陽活動への気候応答に3年遅れが生じる物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 3年遅れのsunspot数とイサナにおける年間降水量の間に強い逆相関関係が存在し、ほぼすべてのデータポイントが遅れプロットの左下象限に集中している。
• 導出された予測モデル P = 1250 - 4.25R_i は、観測された降水量のほとんどをカバーしており、予測への有用性が示唆されている。
• カイ二乗検定の結果、λ = 8.49 が臨界値 χ²₃;₀.₀₅ = 7.815 を上回り、有意水準5%で帰無仮説を棄却した。
• 統計的検定により、このような分布が偶然に観測される確率が5%未満であることが確認され、変数間の実際の依存関係が示された。
• この関係は、sunspot数が低い範囲で特に顕著であり、この範囲では高降水量イベントがより多く発生している。
• 本研究では、太陽活動、特に3年前の活動が、宇宙線の調制や太陽放射の変化といった物理的メカニズムを通じて、イサナの地域的降水量パターンに影響を与える可能性があると示唆している。