[論文レビュー] Solar and anthropogenic climate drivers: an updated regression model and refined forecast

Frank Stefani|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2026

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ひとこと要約

この研究は Stefani (2021) を aa-index と CO2 を用いた回帰で SST を予測するように洗練させ、気候感受性を CO2 脱温の 1.1–1.4 K に狭め、同期太陽ダイナモモデルと IEA emissions に導かれた固定 aa および CO2 シナリオ下で 2100 年までの将来暖化を予測する。

ABSTRACT

In a recent paper attempts were made to quantify the respective solar and anthropogenic influences on the terrestrial climate, and to cautiously predict the global mean temperature over the next 130 years. In a double regression analysis, both the binary logarithm of carbon dioxide concentration and the geomagnetic aa-index were used as predictors of the sea surface temperature (SST) since the mid-19th century. The regression results turned out to be sensitive to end effects, leading to a broad range of the climate sensitivity between 0.6 K and 1.6 K per doubling of CO$_2$ when varying the final year. The aim of this paper is to narrow down this range. To this end, the correlations between the two predictors and the dependent variable (SST) are analysed in detail. It is demonstrated that the SST can be predicted until around 2000 almost perfectly using only the aa-index, whereas for later periods the role of CO$_2$ increases significantly. Hence, the weight of the aa-index is fixed to its robust outcome (around 0.04 K/nT) from the regressions up to 1990. The SST data, reduced by the aa-contribution thus specified, are then used in a single regression with CO$_2$ as the only remaining predictor. This results in a significant reduction in the range of CO$_2$ sensitivity, narrowing it to 1.1-1.4 K. Given the exceptionally high temperatures in recent years, these values are considered a kind of upper limit that could still be subject to downward corrections when future data are incorporated. Based on this estimate, the temperature forecast until 2100 is refined by using more precise predictions of the aa-index and the paths of atmospheric CO$_2$ content which are based on constant emission scenarios combined with a linear sink model. With the exception of the most ``pessimistic'' variant, the temperature is predicted to remain below the extraordinarily high value measured in 2024.

研究の動機と目的

• 以前の広い気候感受性の範囲を狭めるために、aa-index と CO2 と SST の相関を分析する。
• aa-index を用いて SST を事前フィルタし、CO2 を残りの予測子として単一回帰を行う。
• 火山活動、ENSO などの追加予測子を避け、二つの予測子ダイナミクスに焦点を当てる。
• 改善された aa-index 予測と定常排出 CO2 パスウェイを用いて、線形シンクモデルで地球平均気温を 2100 年まで予測する。
• 回帰ウェイトに影響を与える終端効果を評価し、CO2 感度を isolating する頑健な二段階アプローチを提案する。

提案手法

• HadSST SST を aa-index と log2(CO2/280 ppm) で二重回帰する。
• 終端年を 1950 年から 2024 年まで変化させ、MAW を 11 年と 23 年で評価して終端感度を評価する。
• CO2 のみの回帰に先立って固定の aa-寄与分を差し引き（w_aa ≈ 長期 0.03–0.05 K/nT）、CO2 感度を安定化させる。
• IEA の E(t)（30, 40, 50 Gt/yr）と線形シンク項 S(t)=B(C−C_eq)（B≈−0.02 yr−1）を用いて CO2 濃度を予測する。
• 2100 年までの外挿に対して dominant periods（193, 57, 90, さらに Schwabe 10.95 年）を固定した同期太陽ダイナモモデルを用いて aa-index を予測する。
• これらを組み合わせて、三つの CO2 排出シナリオ下で温度を予測し、約 ±0.3 K の不確かさ域を見積もる。

Figure 1: Data on the HadSST sea surface temperature anomaly $\Delta T$ (a), the aa-index (b), and $\log_{2}$ of the ratio of the CO 2 concentration to the reference value of 280 ppm (c). Centred moving averages with windows of 11 years (full lines) and 23 years (dashed lines) complement the annual

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 aa-index は過去の SST の予測因子として CO2 とどう比較されるか。
• RQ2 CO2 回帰前に aa 寄与を固定することで CO2 感度の推定が狭く、より信頼できるか。
• RQ3 同期太陽ダイナモベースの aa 予測を取り入れた場合、2100 年までの SST ベースの温度推定はどのような軌跡になるか。
• RQ4 更新された二予測子アプローチによる CO2 の気候感度の範囲と上限はいくらか。

主な発見

• aa に対する単一回帰は 20 世紀末までの期間で堅牢（約 0.04 K/nT）。
• 修正された単一回帰アプローチにおける CO2 感度は CO2 の倍加あたり 1.1–1.4 K に狭められる。
• 標準の二重回帰は終端効果を示したが、aa-寄与を固定することで CO2 感度推定がより安定する。
• 妥当な CO2 排出経路（30, 40, 50 Gt/yr）と線形シンクの下では、2100 年時点の予測暖房は 1961–1990 年比で約 0.6 K 増加、幅は約 ±0.3 K。
• 更新された予測は、aa 寄与を過度に上回らずに近年の高温を許容し、上限風な予測を生む。

Figure 2: Regression results in dependence on the chosen end year for a moving average window ( ${\rm MAW}$ ) of 11 years. (a) $R^{2}$ for the double regression and the two single regressions with either the aa index or the binary logarithm of CO 2 as the independent variable. (b) The same as (a), b