[论文解读] 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 9

一句话总结

本文提出了'位移假说'，解释近期全球变暖并非由持续强迫驱动的变暖，而是1987/1988年和1997/1998年两次突然的温度跃迁所致，其间线性趋势接近零。通过从HadCRUT4数据（1950–2013）中去除ENSO影响，作者揭示出一种阶梯状的温度模式，表明气候模型中缺失了一种能抵消温室气体强迫上升、从而稳定全球气温的调节机制。

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.

研究动机与目标

• 调查近期全球气温变化是否与IPCC模型所假设的连续强迫-响应动力学一致。
• 分离短期气候变异性（尤其是ENSO）对观测到的气温异常的影响。
• 分析ENSO校正后的残差气温趋势，以检测全球变暖中的非线性模式。
• 检验全球气温由未知的稳定机制调控而非仅由人为强迫驱动的假说。
• 通过识别出明显且稳定的时期与突然跃迁，挑战在温室气体强迫持续增加下线性变暖的假设。

提出的方法

• 以1950年至2013年的HadCRUT4全球地表气温异常值作为主要数据集。
• 对每个HadCRUT4网格点应用ENSO指数的线性去趋势处理，以去除其对气温异常的影响。
• 分析残差气温异常，以识别长期趋势和结构断裂点。
• 识别出三个准稳定时期（1950–1987年、1988–1997年、1998–2013年），其残差气温的线性趋势接近零。
• 将残差气温动态可视化并建模为具有两次主要上升跃迁的阶梯函数。
• 评估IPCC强迫-响应范式在不引入额外调节机制的情况下解释观测模式的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 1950年至2013年观测到的全球气温趋势是否与温室气体强迫持续增加下的线性响应一致？
• RQ2 通过去除ENSO及其他短期变异性影响后，是否可以解释观测到的气温模式？
• RQ3 是否存在由突然跃迁分隔的明显恒温期？若存在，这些跃迁发生在何时？
• RQ4 观测到的阶梯状气温模式是否意味着存在此前未被计入的气候调节机制？
• RQ5 为何在三个独立的准稳定时期中，残差气温异常的线性趋势始终接近零，尽管人为强迫持续上升？

主要发现

• 在去除ENSO影响后，残差全球气温趋势显示出三个准稳定时期（1950–1987年、1988–1997年、1998–2013年），其线性趋势接近零。
• 大部分观测到的变暖发生在两次突然跃迁期间：1987/1988年和1997/1998年，这两次跃迁是导致观测气温上升的主要驱动力。
• 残差气温动态形成阶梯函数，表明变暖并非连续过程，而是分段且间歇性的。
• 观测到的模式与IPCC强迫-响应范式相矛盾，后者预测在温室气体强迫持续增加下应出现更均匀、连续的变暖趋势。
• 在三个不同时间段中持续存在的接近零趋势，表明存在一种调节机制，使气温在人为强迫持续上升的情况下仍保持稳定。
• 该假说表明，当前气候模型可能遗漏了标准强迫-响应框架中未考虑的稳定反馈或调节过程。