[論文レビュー] Structural break models of climatic regime-shifts: claims and forecasts

David Stockwell, Anthony Cox|ArXiv.org|Jul 9, 2009

Climate variability and models参考文献 34被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、気候的レジームシフトに関する主張を評価するために、構造的変化のためのチョウ検定を用いる。グローバルおよびオーストラリアの気温データにおいて、1978年（グローバルおよびオーストラリアの気温）および1982年（オーストラリアの降水量）に有意なブレークポイントを特定し、自然の海洋的レジームシフト（特に1976–1979年のパシフィック・デカドナル・オシレーション移行）が観測された温暖化の大部分を説明しているという仮説を支持する。これにより、人為的全球温暖化の推定速度は0.05°C/十年にまで低下する。

ABSTRACT

A Chow test for structural breaks in the surface temperature series is used to investigate two common claims about global warming. Quirk (2009) proposed that the increase in Australian temperature from 1910 to the present was largely confined to a regime-shift in the Pacific Decadal Oscillation (PDO) between 1976 and 1979. The test finds a step change in both Australian and global temperature trends in 1978 (HadCRU3GL), and in Australian rainfall in 1982 with flat temperatures before and after. Easterling & Wehner (2009) claimed that singling out the apparent flatness in global temperature since 1997 is 'cherry picking' to reinforce an arbitrary point of view. On the contrary, we find evidence for a significant change in the temperature series around 1997, corroborated with evidence of a coincident oceanographic regime-shift. We use the trends between these significant change points to generate a forecast of future global temperature under specific assumptions.

研究の動機と目的

• グローバルおよびオーストラリアの気候データにおける主張されたレジームシフトの統計的有意性を検証すること。
• 1997年以降に観察された平坦な気温傾向が統計的に妥当であるか、あるいは「ピcling（選択的抽出）」の結果であるかを評価すること。
• グローバルおよび地域気温系列に対して、線形トレンドと比較して構造的変化モデルがより良いフィットを示すかどうかを評価すること。
• 人為的温暖化と自然変動を区別する仮定の下で、構造的変化の仮定に基づいて将来の全球気温を予測すること。
• 特にPDOおよび関連する海洋学的変化を含む海洋的レジームシフトが、全球気温傾向に与える影響を検討すること。

提案手法

• 年間気温および降水量の異常時系列における構造的変化を検出するため、チョウ検定（F統計量）の適用。
• データ内のすべての潜在的ブレークポイントにおいてF統計量を計算するために、Rパッケージ 'strucchange' の使用。
• 1910–2008年のハドクルービュー3GLグローバル月間気温異常およびオーストラリア気象局（BoM）のオーストラリア気温および降水量データの分析。
• 特定されたブレークポイントの周囲で時系列を区分し、ブレーク後のトレンドを推定する。
• 上昇流の変化、海面水温異常、体積輸送などの海洋学的証拠を統合し、構造的変化のタイミングを裏付ける。
• 継続的な人為的温暖化および新たなレジームシフトなしを仮定して、ブレーク後のトレンドを延長し、将来の全球気温を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オーストラリア気温における1976–1979年のレジームシフトが、構造的変化分析によって統計的に有意であるか。
• RQ2 1997年以降に観察された平坦な全球気温傾向は、有意な構造的変化を示しているのか、それとも「ピcling（選択的抽出）」の結果であるのか。
• RQ3 特にパシフィック・デカドナル・オシレーション移行のような海洋的レジームシフトが、観測された気温傾向のどの程度を説明しているか。
• RQ4 構造的変化を考慮した場合と線形トレンドを仮定した場合とで、人為的全球温暖化の推定速度はどの程度変化するか。
• RQ5 構造的変化モデルが線形トレンドモデルに代わって使用された場合、将来の気候予測にどのような意味を持つのか。

主な発見

• グローバル表面気温トレンドにおける有意な構造的変化ブレークポイントは1978年（HadCRU3GL）に検出され、ブレーク前のトレンドからより急なブレーク後のトレンドに変化している。
• オーストラリアの降水量における有意な構造的変化ブレークポイントは1982年であり、それより前後で気温トレンドが平坦であるため、気温ではなく降水量におけるレジームシフトを示唆している。
• 1978年のレジームシフトを考慮に入れると、人為的温暖化の推定速度は約0.14°C/十年から約0.05°C/十年にまで低下し、自然変動の大きな役割を示している。
• 1997年のブレークポイントは統計的に有意であり、1997年以降の平坦な気温傾向が恣意的ではなく、実際の気候レジームシフトを反映していることを支持する。
• 上昇流の減少、体積輸送の変化、海面水温の変化などの海洋学的証拠が、1976–1979年のレジームシフトのタイミングを裏付けている。
• 構造的変化モデルに基づく予測では、2050年頃まではほぼ安定した全球気温が予想され、2100年までに現在の水準より約0.2°C上昇すると予測される。これは継続的な人為的温暖化および新たなレジームシフトなしを仮定した場合の結果である。