[論文レビュー] State-dependence of CO2 Forcing and its Implications for Climate Sensitivity

Haozhe He, Ryan J. Kramer+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2022

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、CO2二重化に伴う即時の放射強制（IRF2xCO2）が一定ではなく、状態に依存しており、成層圏の冷却に起因してCO2二重化ごとに約25%増加していることが示された。このため、産業革命以前と比較してIRF2xCO2は約10%上昇している。この状態依存性は、強制力におけるモデル間のばらつきの約50%を説明でき、CO2濃度の上昇に伴い気候感受性が比例的に増加することを示唆している。

ABSTRACT

When evaluating the effect of CO2 changes on the earth's climate, it is widely assumed that instantaneous radiative forcing from a doubling of a given CO2 concentration (IRF2xCO2) is constant and that variances in climate sensitivity arise from differences in radiative feedbacks, or a dependence of these feedbacks on the climatological base-state. In this paper, we show that the IRF2xCO2 is not constant, but also depends on the climatological base-state, increasing by ~25% for every doubling of CO2, and has increased by ~10% since the pre-industrial era primarily due to stratospheric cooling, implying a proportionate increase in climate sensitivity. This base-state dependence also explains about half of the inter-model spread in IRF2xCO2, a problem that has persisted among climate models for nearly three decades.

研究の動機と目的

• CO2二重化に伴う即時の放射強制（IRF2xCO2）が、さまざまな気候ベース状態において一定であるかどうかを調査すること。
• 約30年間にわたり気候モデル分野で持続的な問題であった、ベース状態依存性が放射強制推定値のモデル間ばらつきに与える影響を定量化すること。
• 成層圏の冷却や大気の熱的構造の変化が、CO2放射強制に及ぼす影響および気候感受性に与える意味を評価すること。
• 状態依存強制の観点から、放射強制、フィードバック機構、気候感受性の関係を再評価すること。
• 気候モデル間で観察されたIRF2xCO2の変動を物理的根拠で説明すること。

提案手法

• 放射移動モデルを用いて、異なるCO2濃度と成層圏温度を有するさまざまな気候ベース状態においてIRF2xCO2を計算した。
• 産業革命前から現在のレベルおよびそれ以上のレベルにかけてCO2を段階的に二重化することで、ベース状態の変化に起因する放射強制の変化を追跡した。
• 成層圏温度の調整を含む・含まないシミュレーションを比較することで、成層圏冷却が観察されたIRF2xCO2の増加に与える寄与を定量化した。
• CMIP6モデル間のIRF2xCO2の差異を分析し、ベース状態依存性がモデルばらつきの説明に果たす役割を評価した。
• 放射核技法を用いて、大気温度、水蒸気、雲フィードバックの寄与を状態依存性に分解した。
• 簡略化された放射強制フレームワークを用いて、IRF2xCO2とベース状態CO2濃度との間のスケーリング関係を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大気の気候ベース状態に応じて、CO2二重化に伴う即時の放射強制（IRF2xCO2）はどのように変化するか？
• RQ2 成層圏の冷却は、産業革命以前と比較して観察されたIRF2xCO2の増加にどの程度寄与しているか？
• RQ3 ベース状態依存性は、気候モデル間のIRF2xCO2のばらつきの顕著な割合を説明できるか？
• RQ4 CO2強制の状態依存性は、平衡気候感受性の推定にどのように影響するか？
• RQ5 ベース状態CO2濃度の上昇に伴って、IRF2xCO2はどの程度定量的にスケーリングするか？

主な発見

• CO2二重化に伴う即時の放射強制（IRF2xCO2）は、ベースCO2濃度が二重化するごとに約25%増加する。
• 産業革命以前と比較して、IRF2xCO2は成層圏の冷却に起因して約10%上昇している。これはCO2の放射効率が向上しているためである。
• この状態依存性は、CMIP6気候モデル間のIRF2xCO2のばらつきの約半分を説明している。
• ベース状態CO2濃度に伴うIRF2xCO2の増加は、特に成層圏における大気熱的構造の変化に起因しており、CO2吸収の放射効率が変化している。
• この研究結果は、気候感受性が一定ではなく、CO2濃度の上昇に伴い比例的に増加することを示唆している。
• 本研究は、変化する気候条件下ではIRF2xCO2が一定であるという仮定が誤りであることを示すことで、長年の放射強制推定値の不一致を解消した。