[논문 리뷰] The Shifts Hypothesis - an alternative view of global climate change

Pavel V. Belolipetsky|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 23.

Climate variability and models참고 문헌 13인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 최근의 기후온도 상승을 지속적인 외부 힘에 의한 온난화가 아니라 1987/1988년과 1997/1998년 두 차례의 급격한 기온 변화로 설명하는 '이동 가설(Shifts Hypothesis)'을 제안한다. 그 사이에는 거의 0에 가까운 선형 추세가 관찰된다. 1950~2013년 기간 동안 HadCRUT4 자료에서 ENSO의 영향을 제거함으로써 저자들은 계단형 온도 패턴을 드러내었으며, 이는 온실가스 농도 상승에도 불구하고 전 세계 기온을 안정화시키는 데 기여하는 기후 모델에 누락된 조절 메커니즘이 존재할 가능성을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 국제기후변화위원회(IPCC) 모델이 가정하는 연속적인 외부 힘-반응 동역학과 최근의 전 세계 기온 변화가 일치하는지 조사하기 위해.
• 특히 ENSO와 같은 단기 기후 변동성이 관측된 기온 이상에 미치는 영향을 분리하기 위해.
• ENSO 보정 후 잔차 기온 추세를 분석하여 전 세계 온난화에서 비선형 패턴을 탐지하기 위해.
• 전 세계 기온이 인간 활동에 의한 외부 힘에 의해만 결정되는 것이 아니라, 알려지지 않은 안정화 메커니즘에 의해 조절된다는 가설을 시험하기 위해.
• 온실가스 농도 증가에 따른 선형 온난화 가정을 도전하기 위해, 명백한 준안정기 및 급격한 변화가 존재하는지 식별하기 위해.

제안 방법

• 주로 1950~2013년 기간 동안의 HadCRUT4 전 세계 표면 기온 이상 자료를 사용하였다.
• 각 HadCRUT4 격자상에서 ENSO 지수의 선형 탈트렌딩을 적용하여 기온 이상에 대한 ENSO의 영향을 제거하였다.
• 잔차 기온 이상을 분석하여 장기적 추세와 구조적 변화를 확인하였다.
• ENSO 보정 후 잔차 기온에서 거의 0에 가까운 선형 추세를 보이는 세 개의 준안정기(1950–1987, 1988–1997, 1998–2013)를 식별하였다.
• 잔차 기온 역학을 계단 함수로 시각화하고 모델링하여, 온난화가 연속적인 것이 아니라 일시적이고 갑작스러운 변화임을 나타내었다.
• 추가적인 조절 메커니즘이 없이도 관측된 패턴을 설명할 수 있는지, IPCC 외부 힘-반응 프레임워크의 타당성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1950~2013년 기간 동안 관측된 전 세계 기온 추세는 증가하는 온실가스 외부 힘에 대한 연속적이고 선형적인 반응과 일치하는가?
• RQ2 관측된 기온 패턴은 ENSO 및 기타 단기 변동성의 영향을 제거함으로써 설명될 수 있는가?
• RQ3 서로 다른 기간의 거의 일정한 기온이 급격한 변화로 분리되어 있는가? 만약 그렇다면, 그 변화는 언제 발생하는가?
• RQ4 관측된 계단형 기온 패턴은 이전에 고려되지 않은 기후 조절 메커니즘이 존재함을 암시하는가?
• RQ5 온실가스 농도 증가에도 불구하고 세 개의 별개의 준안정기 동안 잔차 기온 이상의 선형 추세가 거의 0에 머무르는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• ENSO 영향을 제거한 후, 잔차 전 세계 기온 추세는 거의 0에 가까운 선형 추세를 보이는 세 개의 준안정기(1950–1987, 1988–1997, 1998–2013)를 보였다.
• 관측된 온난화의 대부분은 1987/1988년과 1997/1998년 두 차례의 급격한 변화 동안 발생했으며, 이 두 변화가 관측된 기온 상승의 주요 원인이다.
• 잔차 기온 역학은 계단 함수 형태를 이루며, 온난화가 연속적인 것이 아니라 일시적이고 갑작스러운 변화임을 나타낸다.
• 관측된 패턴은 온실가스 농도 증가에 따라 더 균일하고 연속적인 온난화 추세를 예측하는 IPCC 외부 힘-반응 프레임워크와 모순된다.
• 세 개의 별개의 기간 동안 거의 0의 추세가 지속된다는 점은, 인간 활동에 의한 외부 힘 증가에도 불구하고 기온 안정성을 유지하는 조절 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• 가설은 현재 기후 모델이 표준 외부 힘-반응 프레임워크에 포함되지 않은 안정화 피드백 또는 조절 과정을 누락하고 있을 수 있음을 암시한다.