“曲棍球棒”图一直是气候变化辩论中的关键和目标。作为从两千年前到现在的北半球平均气温曲线图,它在 20 世纪之前保持相对平坦,然后在 20 世纪急剧上升,就像倒置的曲棍球棒的棒刃一样。气候怀疑论者长期以来一直谴责气温的推断方式,但一项使用完全不同方法对过去 600 年进行的新重建发现了类似的结果,可能有助于消除挥之不去的疑虑。
曲棍球棒图在 1998 年因宾夕法尼亚州立大学的迈克尔·曼恩及其同事(以及随后完善该图表的许多其他气候科学家)的工作而问世。重建历史气温很困难:研究人员必须结合来自树木年轮、珊瑚钻探、松果、冰芯和其他自然记录的信息,然后将它们转换为过去特定时间和地点的气温。这些温度的替代指标可能在地理上和时间上都很稀疏或不完整。曼恩的方法利用了近期替代数据和仪器数据(例如来自温度计的数据)的重叠(如果存在),来估计它们之间的关系。它使用数学外推技术计算较早的气温[参见大卫·阿佩尔的《曲棍球棒图幕后》,洞察;《大众科学》,2005 年 3 月]。
哈佛大学的马丁·廷利称他的方法“更易于处理和传播不确定性”——也就是说,计算数据的固有局限性如何影响在任何给定时间计算出的温度。该方法可以很容易地修改以回答气候科学中的其他问题,例如关于降水和干旱的问题,甚至可以根据大气中二氧化碳的累积速率对未来进行预测。他的论文与他的论文导师彼得·休伯斯合写,已提交给《气候杂志》。
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廷利和休伯斯的新方法被曼恩描述为“很有希望”,它假设附近的替代指标可以简单地“链接”到来自附近地点的数据或来自同一地点前后几年采集的数据。例如,上个世纪测量的邻近地点的温度似乎以大约指数方式相关,其“半距离”(类似于半衰期的概念)约为 4,000 公里。
廷利假设替代数据值和真实温度之间存在简单的线性关系。然后,使用称为贝叶斯统计的方法,从替代数据和(如果存在)仪器数据中确定这种关系。休伯斯解释说,使用贝叶斯描述,“我们试图估计在过去给定可供我们使用的一组观测值的情况下,某些温度有多大可能性。”
然而,计算量非常庞大,涉及大量的矩阵代数。替代指标和温度的初始值(在它们有已知重叠的地方)被输入,该方法向后工作以改进其他时间的关系。为了确定过去的气温,廷利通常必须操作大约一百万个矩阵,每个矩阵由 1,296 列和 1,296 行组成。
廷利专注于北纬 45 度到 85 度之间过去 600 年的替代数据,他在今年早些时候的一次会议上展示的初步结果发现,1990 年代是该时期最温暖的十年,而 1995 年是最温暖的一年。(厄尔尼诺年 1998 年是北美和格陵兰最温暖的一年,但不是欧亚大陆北部。)他还发现,20 世纪是任何世纪中升温速度最快的世纪,而 17 世纪是总体变化速度最快的世纪(并且比之前的重建更快),尽管方向是降温,这要归功于所谓的“小冰河时代”。
从定性上讲,廷利的结果类似于先前重建的基本曲棍球棒形状,只不过它在过去具有更大的可变性。也许更重要的是,他的分析表明,对过去两千年北半球所有可用的替代数据进行类似的处理,应该会产生统计上更优越的曲棍球棒结果。廷利现在是北卡罗来纳州研究三角园统计与应用数学科学研究所的博士后学生,他计划扩展他的方法来研究美国西南部干旱的历史,以及更广泛地区和时间范围内的气温。
注意:本文最初印刷时的标题为《仍然比以往任何时候都热》。