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克科诺斯国家公园,巨人山国家公园,东波西米亚,捷克共和国,欧洲
捷克共和国克科诺斯国家公园的气象站 资料来源:Ivoha / Alamy Stock Photo
全球气温
2017年7月19日13:31

解说员:数据调整是如何影响全球气温记录的

Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

07.19.17
Zeke Hausfather.

Zeke Hausfather.

19.07.2017 | 1:31pm
全球气温 解说员:数据调整是如何影响全球气温记录的

在过去的两个世纪里,一天中的时间、地点和测量温度的方法都发生了巨大的变化。例如,曾经研究人员把水桶放在船的一侧收集水进行测量,现在我们有了一个全球网络的自动浮标漂浮在海洋周围直接测量水。

这使科学家们共同组建了长期的、一致的估计全球气温如何变化。科学家们必须调整原始数据,考虑到测量方式、时间和地点的所有差异。

这些调整长期以来一直是争论的热点。许多气候怀疑论者喜欢争辩说,科学家通过降低过去的温度和提高现在的温度来“夸大”变暖。

气候怀疑论者Christopher Booker在星期日电讯报》2015年,他称这是“历史上最大的科学丑闻”。一个新报告美国右翼智库卡托研究所(Cato Institute)甚至声称,这些调整解释了历史记录中“几乎所有的变暖”。

但碳简报(Carbon Brie金宝搏bet188f)将原始的全球气温记录与调整后的数据进行比较后发现,事实要平凡得多:调整对全球气温的影响相对较小,尤其是在过去50年。

事实上,在整个时期进行测量时,调整实际上具有降低世界经历的长期变暖量的净效应。

原始数据显示全球变暖加剧

陆地和海洋温度分别调整,以便随着时间的推移来纠正对测量方法的变化。所有原始的温度读数都是来自陆地的气象站和远洋船只和浮标都是公开的,可以用来创建一个“原始的”全球温度记录。

下图显示了仅从唯一的原始温度读数创建的全局表面温度记录,没有应用(蓝线)。红线是使用来自美国的调整数据产生的调整后的土地和海洋温度记录国家海洋和大气管理局(NOAA),两者之间的差异是灰色的。

全局平均调整和原始表面温度。在此分析的技术细节结束时见注意。绘制出与1961-1990年基线有关的异常。图表由碳简报使用金宝搏bet188Highcharts

您可以看到对数据的调整对1950年后的全球温度的影响效果相对较小。在调整后的数据中,1950年至2016年间的变暖速度速度比原始数据快于10%,自开始以来只有4%这现代气候变暖期在1970年。

对地表温度记录有重大影响的调整都发生在1950年以前。在这里,过去的温度被调高了——显著减少了过去一个世纪的升温。在整个1880-2016年期间,调整后的数据实际上比原始数据变暖慢了20%以上。1950年之前的大调整几乎完全是由于船只测量温度的方式发生了变化(稍后会详细介绍)。

对陆地温度的调整

那么,更仔细地观察数据调整,为什么以及如何调整陆地温度测量?

一个单独的气象站在其使用的几十年里可能会看到许多变化。很少有气象站会在很长一段时间内保持在同一个地方,大多数气象站都会经历至少一次迁移到新地点的过程。大多数电台也有改变了他们测量温度,从玻璃液体温度计转变为电子仪器。车站经常换站台每天的时间他们测量温度,不断增长的城市和城市地区介绍人工气候变暖在一些电台。非常局部的因素,比如树木长在车站上或者可怜的车站选址,也会引起问题。

为了纠正由这些变化引起的温度记录的差异,被称为尺度,科学家们采用一种叫做统计均化。他们将每个车站与它附近的所有车站进行比较,并寻找某一车站的局部变化,但在该地区其他任何车站都没有发现。长期以来,气候变化很少是局部性的,因此,周围气象站看不到的局部性变化很可能是由于气象站移动或仪器变化等原因造成的。

例如,如果一个气象站在10年内变暖,而周围所有气象站都在变冷,那么该气象站将被标记为“非均匀”,其记录将被修正,使其与邻近的气象站保持一致。

与电台相关的站记录的破坏,观察时间发生变化,甚至城市化往往仅在一次区域中影响一个站,并且可以通过邻居比较容易地拾取。

下图显示了陆地站对全球陆地温度记录的所有调整的净效应。1880年至2016年间,调整使陆地温度总体升温幅度增加了16%。其中大部分集中在温度记录的早期部分。自1970年以来,气候调整只会使气温上升3%。

对陆地温度的调整在某些特定地区确实有更大的影响,比如在南极我们非洲——但从全球陆地表面记录来看,它们往往是平均的。

全球调整和原始陆地温度。绘制出与1961-1990年基线有关的异常。图表由碳简报使用金宝搏bet188Highcharts

科学家们已经竭尽全力测试他们用来调整地面观测站的方法,以确保他们能够准确地探测和纠正问题,而不会引入虚假的变暖或变冷。这包括基准测试研究-测试他们的方法的数据与不同类型的错误添加它。

他们还设立了一个气候参考网络在美国的完美位置的车站高精度传感器比较对这一参考网的原始和调整站,科学家们已经表明,调整显著提高了数据的准确性。

虽然人们已经对个别陆地观测站的气候变暖做出了很多调整,但这些通常都是为了说明问题而精心挑选的极端案例。当考虑到对所有气象站的调整时,减少变暖和增加变暖是一样多的,如下图所示。

NOAA调整的直方图,在我们的调整算法的旧(蓝色)和新(红色)版本中美国的土地温度站。细节和额外的美国人物可以在NOAA网站上找到的

在这里,大约有一半的修正降低了温度,一半提高了温度。例如,一站进达尔文,澳大利亚已经被调整以显示更多的变暖,以考虑到一个气象站的移动和住所改变在1940年代。然而又调整了另一个站——这一次一个站在日本东京-已经减少了变暖,它显示为纠正城市热岛城市扩张的影响。

科学家们还致力于通过收集世界各地的旧温度记录并将其数字化,来增加可用的陆地温度记录的数量。新的努力如国际地表温度倡议(ISTI)和伯克利地球表面温度项目与以前的站点收集相比,已经努力将历史上可用的陆地站点数量增加了约500%,并提供了更好的地球区域覆盖,如下图所示。

旧的NOAA站收集(黑色)和新的国际地表温度倡议收集(红色)中可用的陆地站数。从ISTI图。

调整海洋温度

温度测量的进步并不局限于陆地——也许在测量海洋温度方面取得了更重大的进步。

到目前为止,最大的调整是20世纪30年代和40年代船舶从基于桶的测量转向发动机进气。这是全球范围内“唯一重要的问题”,他说梅纳洛大学研究员彼得•索恩博士他曾与美国国家海洋和大气管理局合作开发海洋温度记录。

1940年以前,大多数船只用把一桶把它放到水中,用绳子把它拉到甲板上,在桶里插一个温度计来测量水温。问题是空气温度通常比海洋温度高或低得多。当水桶被慢慢拉上甲板时,水会变热或变凉。

在20世纪30年代和40年代,大多数船舶转向通过测量温度机房摄入量。船舶通过船体拉海水,以冷却发动机,并在进入时采取水的温度。这导致温度读数比使用桶的温度读数相当不同,尽管发动机室是温暖的在测量之前,水几乎没有时间升温或冷却。

原始和调整后的海洋温度记录如下图所示,桶式调整在0.3℃左右非常明显。

全球调整和原始海面温度。绘制出与1961-1990年基线有关的异常。图表由碳简报使用金宝搏bet188Highcharts

1940年前的大规模桶形调整大大减少了记录中的长期变暖,导致自1880年以来的变暖比原始温度数据少36%。近年来,对海洋温度的调整使全球变暖的速度略微加快了约4%。

自1990年以来,测量海洋温度的方式再次发生了变化。20年前,90%的测量数据来自船只,而今天,将近80%的测量数据来自船只漂浮在海洋中的浮标。这些浮标直接与水接触,最终读数比测量值略低机房摄入量

为了纠正通过将冷却器浮标数据添加到较高的船舶数据而引入的很酷的偏差,近年来稍微向上调整温度。证明了这一事实很有争议2015年,汤姆·卡尔及其同事发表了一篇论文被验证其他的研究。然而,这些与浮标相关的调整的净效应相对较小。

来自许多不同群体的记录

同样值得注意的是,对温度记录的调整并不是由某一组科学家决定的。相反,多个不同的研究团队独立地创建了他们自己的陆地和海洋温度记录。

虽然大部分基础原始数据是相同的,但每一种数据在调整和如何处理地球区域方面采取的方法略有不同缺少数据。从五个不同的组得到的全球温度记录,连同原始数据,如下图所示。

全球平均地表温度来自美国国家航空航天局,美国国家海洋和大气管理局,哈德利/东安格利亚大学,伯克利地球,卡谭和方式。绘制出与1961-1990年基线有关的异常。图表由碳简报使用金宝搏bet188Highcharts

美国国家海洋和大气管理局美国国家航空航天局他们对陆地和海洋采用相同的调整方法,尽管NASA对城市热岛采用了额外的修正,使城市中的气象站的权重更小。记录共同生产英国气象局哈德利中心和东安格利亚大学的气候研究单位有自己的方法,主要依靠国家气象部门来调整本国的数据。它也有自己独立的海洋温度记录和自己的调整方法。研究人员的温度记录卡谭和方式对缺少数据的地区,比如极地地区,用不同的方法使用哈德利数据。

伯克利地表温度该项目是一个独立的非政府组织,旨在独立评估地表温度记录自己独特的调整土地纪录的方法。这可以检测出当地电台的问题,并在发现问题的地方切断电台记录。此后的一切都被认为是一个新的车站。对于海洋表面温度,伯克利使用的是哈德利调整后的海洋记录。

温度数据集的变更版本

那些对温度调整持怀疑态度的人经常试图通过比较同一温度记录的新旧版本来显示它们的影响。这种方法的问题是,它有可能合并数据可用性、方法和调整方面的变化。

然而,即使比较了以前记录的不同版本,记录之间随时间的变化通常是相对较小的。下面的图表显示了NASA和Hadley/UEA在过去30年发布的数据集的不同版本。

Hadley/UEA记录(上)和NASA记录(下)过去和现在的5年平均比较。绘制出与1961-1990年基线有关的异常。图表由碳简报使用金宝搏bet188Highcharts

20世纪90年代中期后的数据集的后续更新实际上是非常小并且大多数反映了北极地区数据可用性增加的因素,以及诸如船舶浮标过渡校正之类的最近调整。只有当您将它们与全局温度估计进行比较时才从1980年代更大的差异出现了。

这是因为上世纪80年代早期对全球气温的估计所使用的数据少得多。科学家们还没有开始从纸质航海日志中收集和数字化大部分世界温度记录的艰苦工作。

例如,在1981年,美国宇航局只依赖几百几乎完全位于北半球的陆地观测站来估算全球温度。直到20世纪90年代,他们的温度记录甚至没有使用任何海洋表面温度数据。今天,科学家们已经从超过32000个地面站和超过1.2米每年海洋表面温度的观测。

包括的站数和全局表面温度数据集使用的方法随时间变化。不比较现有数据集的不同版本,而是更简单地分析今天可用的所有原始温度记录,并将它们与调整后的数据进行比较。这让科学家们只是对调整的影响。

结论

有了近200年的原始数据,调整是科学家构建长期全球气温记录方法的必要组成部分。但大多数的调整都是很小的,它们对过去几十年的气温记录的影响相对较小。

在20世纪30年代和40年代的海洋温度记录中,最重要的原因是从桶到船的进水量的变化,这些变化已经被科学家们很好地理解了。而且,与普遍的看法相反,调整实际上减少了而不是增加了过去一个世纪全球经历的变暖程度。

方法论的脚注

文章中显示的RAW和调整数据的全球,土地和海洋温度记录如下所构成:

土地:原始和调整后的地温数据均来自全球历史气候网络每月版本4。台站的记录被转换为1961-1990年基线期间的异常情况。与基线期重叠时间少于10年的台站被丢弃。站点被分配到5×5纬度/经度网格单元。每个网格单元内每个月的异常被平均。全球陆地温度估计值是通过每个月网格单元的面积加权平均值计算的。

海洋:来自船舶和浮标的原始海洋温度记录可从ICOADS。为了进行分析,请未经调整的网格产品使用了HADSST3提供。调整后的海洋温度记录取自ERSSTv4网格产品。

全球:全球陆地/海洋温度是通过陆地和海洋温度的加权组合估计的,海洋的权重为0.71,陆地的权重为0.29相关的部分地球表面的

注意:本文的作者是生成伯克利地表温度项目。此外,他还是这篇论文提到了评估卡尔等2015年的浮标校正和这篇论文美国气候参考网络的比较。

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