[論文レビュー] The Shifts Hypothesis - an alternative view of global climate change

Pavel V. Belolipetsky|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2014

Climate variability and models参考文献 13被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、最近の地球温暖化を連続的強制力駆動の温暖化ではなく、1987/1988年と1997/1998年の2回の急激な気温シフトとして説明する「シフト仮説」を提唱している。その間に線形トレンドがほぼゼロとなる。1950年から2013年までのHadCRUT4データからENSOの影響を除去することで、階段状の温度パターンが明らかとなり、上昇する温室効果ガス強制力にもかかわらず、地球温度を安定化させるメカニズムが気候モデルに欠落している可能性を示唆している。

ABSTRACT

In this study we used HadCRUT4 temperature anomalies for 1950-2013 years in order to investigate properties of recent warming. Our aim was to separate changes produced by short-term ENSO variations and to look on temporal and spatial dynamics of residual temperature anomalies. For this we subtract linear influence of ENSO index from each HadCRUT4 grid box. We found that residual global temperature dynamics looks like staircase function: linear trends for three quasi-stable periods 1950-1987, 1988-1997 and 1998-2013 are near zero and near all warming occurred during two shifts of 1987/1988 and 1997/1998 years. All these allows us to formulate a new hypothesis about recent warming - the Shifts Hypothesis. It explains the structure of recent warming as follows: during shifts of 1987/1988 and 1997/1998 the mean value of global temperature quickly rose, over which natural variability associated with ENSO, PDO and many other local factors occurs. According to IPCC forcing-response paradigm warming process (WP) cleared from all factors should be continuous warming (may be near linear on the considered time interval). This idea is inconsistent to the obtained staircase function. This staircase function may be explained by current IPCC forcing-response paradigm only if it happened so that the combination of compensating factors is near the same as anthropogenic greenhouse gases (GHGs) forcing for each quasi-stable period - 1950-1987, 1988-1997 and 1998-2013. This seems very unlikely. An alternative and more simple explanation is the existence of some regulation mechanism (e.g. global thermostat) not presented in IPCC climate models. This mechanism should maintain global temperature near stable in 1950-1987, 1988-1997 and 1998-2013 periods nevertheless all the time growing forcing due to anthropogenic GHGs.

研究の動機と目的

• IPCCモデルが仮定する連続的強制力-応答ダイナミクスに従うものかどうか、最近の地球温度変化が整合するかを調査すること。
• 特にENSOを含む短期気候変動の影響を観測された温度異常から分離すること。
• ENSO補正後の残差温度トレンドを分析し、地球温暖化における非線形パターンを同定すること。
• 地球温度が人為的強制力だけでなく、未知の安定化メカニズムによって制御されているという仮説を検証すること。
• 上昇する温室効果ガス強制力下での線形温暖化の仮定を、明確な準安定期間と急激なシフトを同定することで挑戦すること。

提案手法

• 主に1950年から2013年までのHadCRUT4全球表面温度異常データを用いた。
• 各HadCRUT4グリッドボックスに対してENSOインデックスの線形デトレンドを適用し、温度異常へのENSOの影響を除去した。
• 残差温度異常を分析し、長期トレンドおよび構造的変化（構造的ブレーク）を同定した。
• 残差温度において、ほぼゼロの線形トレンドを示す3つの準安定期間（1950–1987年、1988–1997年、1998–2013年）を特定した。
• 残差温度ダイナミクスを段階的関数として可視化・モデル化し、2回の主要な上昇シフトを特定した。
• 追加の規制メカニズムを導入しない限り、観察されたパターンをIPCC強制力-応答パラダイムが説明できるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1950年から2013年までの観察された地球温度トレンドは、上昇する温室効果ガス強制力に対する連続的かつ線形的応答と整合しているか？
• RQ2 ENSOその他の短期変動の影響を除去することで、観察された温度パターンを説明できるか？
• RQ3 明確に分離された、ほぼ一定の温度を示す期間が存在し、それが急激なシフトで区切られているか。その時期はいつか？
• RQ4 観察された階段状の温度パターンは、これまで考慮されていなかった気候規制メカニズムの存在を示唆するか？
• RQ5 上昇する人為的強制力にもかかわらず、3つの別々の準安定期間にわたり、残差温度異常の線形トレンドがほぼゼロであるのはなぜか？

主な発見

• ENSOの影響を除去した後、残差全球温度トレンドは、ほぼゼロの線形トレンドを示す3つの準安定期間（1950–1987年、1988–1997年、1998–2013年）を示した。
• 観察された温暖化の大部分は、1987/1988年と1997/1998年の2回の急激なシフトによって生じており、これらが観察された温度上昇の主な駆動要因である。
• 残差温度ダイナミクスは段階的関数を形成しており、温暖化が連続的ではなく、断続的かつ点在的であることを示している。
• 観察されたパターンは、上昇する温室効果ガス強制力下でより均一で連続的な温暖化トレンドを予測するIPCC強制力-応答パラダイムと矛盾している。
• 上昇する人為的強制力にもかかわらず、3つの別々の期間にわたり、ほぼゼロのトレンドが続くことは、温度安定性を維持する規制メカニズムが存在することを示唆している。
• 仮説は、現在の気候モデルが標準的な強制力-応答フレームワークに含まれていない、安定化フィードバックまたは規制プロセスを欠落させている可能性を示唆している。