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太阳射线光芒透过云层黄昏接近。
太阳射线光芒透过云层黄昏接近。 图片来源:Peter Tsai摄影/ Alamy Stock Photo。
客人的帖子
2021年6月30日13:35

ゲストゲスト:「「気候」」が户外できた理念

多位作者

06.30.21
客人帖子 ゲストゲスト:「「気候」」が户外できた理念

国际的な科学者チームが4年间かけて详细な议论を重ねた结果,大気中CO2浓度の増加に対する世界の地表温度の応答を,これまで以上に正确に定量化することができました。

地球物理评论志に掲载された今回の成果は,「平衡気候感度”(ECS)の推定値の幅を狭めるものです。ECSとは,大気中の二氧化碳濃度が産業革命以前の水準の2倍になった场合に,世界がどれだけ温暖化するかを示す指标です。

1979年に米国の気象学者巨乐查尼氏が1.5°C ~ 4.5°Cの幅の可能性を示唆して以来,ECSの推定値の幅を狭めることは気候科学の最重要課題となっています。その推定幅の主な根拠となったのは,世界初の2つの全球気候モデルで,大気中の二氧化碳濃度を2倍にするという単純な実験を行ったところ,それぞれ2°Cと4°Cという異なる値が得られたことでした。

それ以来,40年以上の研究や大気プロセスの理解の向上,そしてより詳細な観測にもかかわらず,この幅はずっと変わっていませんでした。

今回,観测された温暖化,地球の远い过去ならびに気候モデルから得られた证拠,そして気候に关する科学的理解の进展をまとめると,ECSの幅は2.6℃から4.1℃の间である可能性が高いことがわかりました。

このように不確実性の幅が狭まったことで,人類社会が,気候感度が低いということを理由として,悠長に気候変動に取り組むことができなくなりました。しかし,この悪い知らせの反面にある良い知らせは,今回の研究結果が,非常に高いECSの推定値は可能性が低いことも示唆していることです。

頑ななまでに広い幅

大気中の二氧化碳濃度の増加に対して,地球の気候がどの程度敏感に応答するかは,気候科学の基本的な問題です。地球の地表温度が,人為的に排出された二氧化碳に応答してどの程度上昇するかは,本質的にこれによって決まります。

大気中の二氧化碳濃度は,産業革命前の280ppmから,现在では约416ppmにまで増加しています。排出量を削减しなければ,2060年頃には产业革命前の2倍となる560ppmに达する可能性があります。

しかし,ECSの推定幅は頑なに広いままでした。2007年に発表されたIPCC(気候変动に关する政府间パネル)第 4 次評価報告書(AR4)では,ECSは2.0℃から4.5℃の間となる”的可能性が高い”(IPCCの用語では66%以上の可能性)と結論づけられました。これにより2℃を下回る可能性は低いと示唆され,ようやく一定の成果が得られたことが示されました。

しかし2013年に発表されたIPCCの第5次评価报告书(AR5)では,この改善が一転して,従来の1.5℃~4.5℃の幅の「可能性の高い」推定値に戻ってしまいました。

なぜ戻ってしまったのか?2000年代以降,ECSの推定値は気候モデルだけでなく,過去の気候の研究(“古気候学”)や,観測された過去の気温変化の解釈,さらには気候のフィードバックプロセスの研究からも推定されるようになりました。

AR5が執筆された時点では,観測された気温変動に基づくECSの最良推定値は2℃前後でした。一方,プロセスの理解とモデリングによる推定値は,恰尼の幅の上限を支持していました。両者の範囲は重なっていましたが,測された気候変動に基づく推定値と,気候感度を支配するプロセスの理解とモデリングに基づく推定値との間に,このような乖離があることは憂慮すべきことでした。

2013年以降,科学者たちは,なぜ推定値が异なるのかについての技术的な详细を理解し,さまざまな证拠から得られた异なる推定値を调整するための最初の一歩を踏みだすよう,协调的な努力を行ってきました。

今回の研究では,異なる独立した証拠が互いにどのように関連しているかについての理解が深まったことで,これらの証拠を正式に組み合わせて,これまでのどの総合評価よりも強い制約をECSに与えることができるようになりました。

的可能性の高い幅

今回の研究では,ECSの「可能性が高い」范囲は2.6℃から4.1℃で,最良推定値は3℃を若干上回る程度と考えられます。この幅の外では,ECSが2℃以下になる可能性は5%以下,4.5℃以上になる可能性は6〜18%となります。

また,ECSとは少し異なる指標である”有効気候感度“の推定値を2.6 ~ 3.9℃としました。(ECSは二氧化碳濃度が2倍になった後,気候が平衡状態に達した場合の温暖化予測値です。気候が本当に平衡状態に達するまでには数千年かるため,評価やシミュレーションが現実的でない場合があります。“有効気候感度”はこの問題に対処するもので,典型的には二氧化碳を2倍にしてから150年後の温暖化を外挿します)。

一見すると,これは前回のIPCC報告書から大幅に改善されたようには見えないかもしれませんが,実際には,気候科学の理解や,21世紀の温暖化の予測の幅に対する私たちの自信についての重要な意味を持っています。

下の図は,今回の研究で得られたECSの推定幅(黒と灰色)と,AR5(青色),第5次(黄)色および第6次(オレンジ)結合モデル相互比較プロジェクト(生产商)の推定範囲を比較したものです。(CMIP5のモデル予測はAR5に反映され,CMIP6は次の第 6 次評価報 告書(AR6)に反映されます)。

范围-的-ECS-来自该新研究
ECSの幅。新しい研究のベース(黒)とロバスト(灰色,有效感度を示す)の両方の结果,前回のIPCC评価报告书(AR5、青)、前世代の気候モデル(CMIP5.、黄)、新しいCMIP6.気候モデル(オレンジ)。舍伍德らの論文とAR5については,可能性の高い気候感度(66%の幅)を太いバーで,可能性の非常に高い感度(90%の幅)を細いバーで示す。必威手机官网碳短暂がHighchartsを用いて作成。

私たちの研究では,まず,それぞれの証拠がどのようにして可能性の高いECSに制限を設けることができるのか,あるいは制限を設けることができないのかを判断し,説明することで,より狭い範囲を作り出しています。私たちは,フィードバックプロセスの理解,気温変化の歴史的観测データ,过去の気候変动の古気候复元という3つの异なる证拠を精查しました。

次に3つの推定値を正式に統合すると,ECSの推定値の中心が3℃よりやや高い値になりました。また,ECSの幅についても,2.3℃から4.7℃の間である可能性90%とがいうさらなる制約が得られました。これらの証拠のいずれか一つを抜いたり,別の統計的手法を用いたりすることにより得られた,“頑健な”有効気候感度推定値は2.0℃から5.7℃の間になります。

これらの制約により,今回の研究で直接の証拠としては用いられなかった気候モデルによる推定値と,この推定幅を比較することができるようになりました。ある気候モデルのECSがこの範囲に比べて高い場合,ある排出経路のもとでの将来の温暖化レベルを過大評価すると予想されます。同様に,ECSの値がこの幅より低い場合,将来の温暖化を過小評価する可能性があります。

証拠を組み合わせる

大気中二氧化碳濃度の上昇に対して地球がどのように応答するかにおいて,フィードバックプロセスが重要な要素となります。フィードバックには,地球の温暖化を促進する正のフィードバックと,温暖化を抑制する負のフィードバクがあります。例えば,温暖化によって氷や雪が溶けると,地表における太陽光の反射率が下がり,吸収率が上がて温暖化がさらに進みますが,これは正のフィードバックです。

私たちは,観測,理論,詳細なシミュレーション,気候モデルから得られた証拠を検証しました。私たちの分析によれば,ECSの推定値が2℃以下の値を取るには,が地球温暖化について負のフィードバックを与えることが必要なのですが,一方で雲が負のフィードバックを与える可能性は非常に低いことがわかっています。したがって,この証拠だけで,1.5℃より低いECSの推定値を除外することができます。

これまでに観測された温暖化も,さらなる証拠となります。二氧化碳濃度がまだ2倍になっていないのに,すでに約1℃の温暖化が起こっているのです。このことから,ECSの値が2℃以下になる可能性は非常に低いと考えられます。しかし,大気汚染や火山などによるエアロゾルの冷却効果を定量化することは難しく,また,フィードバックプロセスがここ数十年の間には,長期的に予想されるものとは異なる動きをしていた可能性があることから,この観測された温暖化からECSの良い推定値を得ることは困難です。そのため,過去のデータだけでECSの高い値を除外することは極めて難しいのです。

古気候は,私たちが検証する3つ目の証拠です。地球の远い过去に自然に発生した気候変动も,十分な情報があればECSを制約する助けとなります。最も有効な情報が得られる時代は,最終氷期の極大期(約2万年前)で,現在よりも約3℃から7℃寒かったことと,約万300年前の鮮新世中期の温暖な時期(現在よりも約1℃から3℃暖かかった)の2つであることがわかりました。最終氷期の極大期における寒冷化の限界は,ECSの値が高い可能性が低いことを示す単一の証拠としては最良のものです。

ECSに対するこれらの制約は,一連の証拠を組み合わせることでより強固なものとなり,複合的な証拠によってECSの高い値や低い値を除外することができるようになりました。高いECS値を除外する:もし真のECSの値が4.5℃以上であれば,雲のフィードバックは衛星データで示唆されているよりもはるかに増幅効果が大きいことになります。また,将来のフィードバックも,過去の期間よりもずっと増幅効果が大きいことになります。さらに,氷床の変化や最終氷期の最盛期の乾燥した状態での塵の堆積は、著しく過大評価されてい た必要があります。

低いECS値を除外する:真のECSの値が1.5℃以下の场合,予想外の强力な云の冷却フィードバックプロセスが新たに発见される必要がありますまた,过去の期间におけるエアロゾルによる気候の冷却效果はほぼゼロあるいはむしろ加热效果に寄与していた必要があります。さらに,鲜新世中期に推定された温暖化は过大评価されている必要があります。

私たちは,一连の统计的検定を行うことで,すべての证拠が间违っている可能性を検讨しました。また,特定の证拠への依存度も评価しました。たくさんの计算とビデオ会议での议论を重ねた后,これらのテストから最终的に论文で绍介するECSの范囲を决定することができました。

下の図は,各証拠の結果を個別に示したもので,各ボックスは有効気候感度のの50%的可能性の幅を示しています。

- 50%可能性范围- -有效的气候敏感性
各証拠から独立して算出された有効気候感度のの50%的可能性の幅。過去の観測のみに基づく推定値の上限はほとんど制約ができず,8℃以上であることに注意。図は舍伍德ら(2020)の図20を基に碳短暂が必威手机官网Highchartsを用いて作成した。

モデルとの比较

この記事の最初の図では,CMIP6モデルのなかには,論文で示されたECSの幅の上方にも下方にも外れているものがあることを示しました。

我々の研究によれば、ECSの幅の外側のモデルは、真の ECSを代表しているとは考えにく く、したがって、将来の気温変化を過大評価または過小評価することが予想されます。 しかし、今回の研究は決定的なものではなく、特に ECSの上限値は下限値に比べて十分に 制約ができていないため、高い値の統計的な余地がまだあります。したがって、今回の研究 では、これらの高 ECSのモデルを決定的に除外することはできません。

さらに,他の研究では,ECSの値が高いシミュレーションは多くの点が改善されていることがわかっています。したがって,将来のリスクを评価する际に,これらの高ECSモデルを含めることは,有用な予防策であることに変わりはありません。

国立環境研究所 訳。Sherwood, S. et al.(2020)利用多种证据对地球气候敏感性的评估,《地球物理学评论》doi.org/10.1029/2019RG000678

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