[논문 리뷰] Climate sensitivity of Earth to solar irradiance: update

D. H. Douglass, B. D. Clader외 1명|ArXiv.org|2004. 10. 30.

Climate variability and models참고 문헌 15인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 2003년 12월까지의 업데이트된 위성 데이터를 활용하여 태양 복사량에 대한 지구의 기후 민감도를 재평가하며, 이전에 인식되지 않았던 두 가지 동적이고 비복사성 플럭스 요인을 규명하였다. 연구는 무피드백 스테판-볼츠만 모델이 예측하는 것보다 약 두 배 정도 높은 기후 민감도를 발견하였으며, 이는 강력한 정성 피드백을 시사한다. 또한 태양 및 화산 에너지 강제력에 대한 반응 시간이 1년 이내로 매우 빠르며, 기후 모델에서 일반적으로 가정하는 5–10년의 회복 시간과 도전적인 대비를 이룬다.

ABSTRACT

This paper is a continuation of a study by Douglass and Clader. We extend the analysis through December 2003 using the latest updates of the observational temperature and solar irradiance data sets in addition to a new volcano proxy data set. We have re-determined the solar effect on the temperature from satellite measurements of the solar irradiance and the temperature of the lower troposphere the sensitivity to solar irradiance. This re-analysis calculates two newly recognized dynamic and non-radiative flux factors which must be applied to the observed sensitivity. The sensitivity is about twice that expected from a no-feedback Stefan-Boltzmann radiation balance model, which implies positive feedback. The sensitivity to volcano forcing is also determined. Preliminary results indicate that negative feedback is present in this case. Response times of fractions of a year are found for both solar and volcano forcing. We note that climate models generally assume relaxation times of 5 to 10 years and we comment on the consequences of this large disparity. We also have determined a linear trend in the data.

연구 동기 및 목표

• 2003년까지의 최신 관측 데이터를 활용해 지구의 태양 복사량에 대한 기후 민감도를 재평가한다.
• 태양 강제력 반응에 영향을 주는 이전에 인식되지 않았던 동적이고 비복사성 플럭스 요인을 규명하고 정량화한다.
• 기후 시스템이 태양 및 화산 강제력에 반응하는 시간을 규명한다.
• 관측된 반응 시간을 주류 기후 모델에서 일반적으로 가정하는 5–10년의 회복 시간과 비교한다.
• 태양 및 화산 강제력에 대한 피드백 메커니즘이 존재하는지 평가한다.

제안 방법

• 2003년 12월까지의 총 태양 복사량(TSI) 및 낮은 대류권 기온 데이터를 포함한 업데이트된 위성 측정 자료를 활용하였다.
• 오존층에 영향을 주는 화산 에어로졸의 영향을 반영하기 위해 새로운 화산 에어로졸 프록시 데이터셋을 통합하였다.
• 동적 및 비복사성 플럭스 기여 요인을 보정한 후 관측된 태양 복사량에 대한 기온 반응을 재분석하였다.
• 선형 반응 이론을 적용하여 태양 및 화산 강제력에 대한 민감도와 반응 시간을 추정하였다.
• 비복사성 플럭스 영향을 보정한 후 관측된 기온 이상치와 강제력 이상치를 비교하여 피드백 계수를 계산하였다.
• 관측된 반응 시간을 일반적으로 기후 모델에서 가정하는 5–10년의 회복 시간과 대조하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 및 비복사성 플럭스 요인을 고려할 때, 태양 복사량에 대한 지구의 업데이트된 기후 민감도는 얼마인가?
• RQ2 기후 시스템이 태양 및 화산 강제력에 반응하는 반응 시간은 기후 모델에서 일반적으로 가정하는 5–10년 범위와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 태양 강제력에 대한 피드백의 성격과 크기는 무엇이며, 이는 정성 피드백인지 부정성 피드백인지 시사하는가?
• RQ4 업데이트된 TSI 및 기온 데이터셋의 통합은 이전의 기후 민감도 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 비복사성 플럭스 요인은 태양 강제력에 대한 효과적 기후 민감도 조절에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 관측된 태양 복사량에 대한 기후 민감도는 무피드백 스테판-볼츠만 모델이 예측하는 것보다 약 두 배 높으며, 이는 기후 시스템 내 강력한 정성 피드백을 시사한다.
• 관측 민감도를 보정하기 위해 반드시 고려해야 할 두 가지 새로운 동적 및 비복사성 플럭스 요인이 규명되었으며, 이는 이전 추정치에 상당한 영향을 미친다.
• 태양 및 화산 강제력에 대한 반응 시간은 모두 1년 이내로 발견되었으며, 이는 기후 모델에서 일반적으로 사용하는 5–10년의 회복 시간과 정면으로 배치된다.
• 화산 강제력에 대한 민감도는 강제력 대비 기온 반응이 약한 것으로 나타나 부정성 피드백 존재를 시사한다.
• 자료에서 선형 추세가 관측되어 태양 또는 화산 변동성만으로는 완전히 설명되지 않는 지속적인 강제성 성분이 존재함을 시사한다.
• 관측된 반연 이하의 반응 시간과 모델에서 가정하는 多년에 걸친 회복 시간 사이의 큰 괴리로 인해, 모델이 단기 기후 역학을 시뮬레이션하는 데 있어 신뢰성에 대한 우려가 제기된다.