Korrigering af historiske havoverfladetemperaturmålinger

Der skete noget mærkeligt i havene i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Nordatlanten og det nordøstlige Stillehav så ud til at opvarme dobbelt så meget som det globale gennemsnit, mens det nordvestlige Stillehav afkølede over flere årtier.

Atmosfæriske og oceaniske modeller har haft problemer med at tage højde for disse forskelle i temperaturændringer, førte til et mysterium inden for klimavidenskab:hvorfor varmede og afkølede havene med så forskellige hastigheder i det tidlige 20. århundrede?

Nu, forskning fra Harvard University og UK's National Oceanography Center peger på et svar både så banalt som en decimal-trunkering og så kompliceret som global politik. Del historie, del klimavidenskab, denne forskning korrigerer årtiers data og antyder, at havopvarmningen fandt sted på en meget mere homogen måde.

Forskningen er publiceret i Natur .

Mennesker har målt og registreret havoverfladetemperaturen i århundreder. Havoverfladetemperaturer hjalp sejlere med at bekræfte deres kurs, finde deres pejling, og forudsige stormvejr.

Indtil 1960'erne, de fleste havoverfladetemperaturmålinger blev taget ved at tabe en spand i havet og måle temperaturen på vandet indeni.

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) og National Science Foundations National Center for Atmospheric Research (NCAR) opretholder en samling af temperaturmålinger fra havoverfladen, der går tilbage til det tidlige 19. århundrede. Databasen indeholder mere end 155 millioner observationer fra fiskeri, købmand, forsknings- og flådeskibe fra hele verden. Disse observationer er afgørende for at forstå ændringer i havoverfladetemperaturen over tid, både naturlige og menneskeskabte.

De er også et statistisk mareridt.

Hvordan sammenligner du, for eksempel, målingerne af en britisk Man-of-War fra 1820 til et japansk fiskefartøj fra 1920 til et amerikansk flådeskib fra 1950? Hvordan ved du, hvilken slags spande der blev brugt, og hvor meget de blev opvarmet af solskin eller afkølet ved fordampning, mens de blev prøvet?

For eksempel, en lærredsspand efterladt på et dæk i tre minutter under typiske vejrforhold kan afkøle med 0,5 grader Celsius mere end en træspand målt under samme forhold. I betragtning af at den globale opvarmning i det 20. århundrede var omkring 1 grad celsius, de skævheder, der er forbundet med forskellige måleprotokoller, kræver omhyggelig regnskabsføring.

"Der er gigabyte af data i denne database, og hvert stykke har en finurlig historie, sagde Peter Huybers, Professor i jord- og planetvidenskab og i miljøvidenskab og teknik ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og seniorforfatter af papiret. "Dataerne er fyldt med særheder."

Der er lavet en masse forskning for at identificere og justere for disse særheder. I 2008 for eksempel, forskere fandt ud af, at et spring på 0,3 grader Celsius i havoverfladetemperaturer i 1945 var resultatet af målinger taget fra maskinrumsindtag. Selv med disse rettelser, imidlertid, dataene er langt fra perfekte, og der er stadig uforklarlige ændringer i havoverfladetemperaturen.

I denne forskning, Huybers og hans kolleger foreslog en omfattende tilgang til korrektion af data, ved hjælp af en ny statistisk teknik, der sammenligner målinger taget af nærliggende skibe.

"Vores tilgang ser på forskellene i havoverfladetemperaturmålinger fra forskellige grupper af skibe, når de passerer i nærheden, inden for 300 kilometer og to dage fra hinanden, " sagde Duo Chan, en kandidatstuderende på Harvard Graduate School of Arts and Sciences og førsteforfatter af papiret. "Ved at bruge denne tilgang, vi fandt 17,8 millioner nær krydsninger og identificerede nogle store skævheder i nogle grupper."

Forskerne fokuserede på data fra 1908 til 1941, opdelt efter skibets oprindelsesland og "dæk, " et udtryk, der stammer fra det faktum, at havobservationer blev lagret ved hjælp af bunker med hulkort. Et dæk indeholder observationer fra både Robert Falcon Scotts og Ernest Shackletons rejser til Antarktis.

"Disse data har gjort en lang rejse fra de originale logbøger til det moderne arkiv, og der blev truffet vanskelige valg for at tilpasse den tilgængelige information på hulkort eller et håndterbart antal magnetbåndsruller, " sagde Elizabeth Kent, en medforfatter fra UK National Oceanography Centre. "Vi har nu både metoderne og computerkraften til at afsløre, hvordan disse valg har påvirket dataene, og også udvælge skævheder på grund af variationer i observationspraksis fra forskellige nationer, bringer os tættere på de virkelige historiske temperaturer."

Forskerne fandt to nye nøgleårsager til opvarmningsforskellene i det nordlige Stillehav og Nordatlanten.

Den første havde at gøre med ændringer i japanske rekorder. Før 1932, de fleste registreringer af havoverfladetemperatur fra japanske fartøjer i det nordlige Stillehav kom fra fiskerfartøjer. Disse data, fordelt på flere forskellige dæk, blev oprindeligt optaget i hele grader Fahrenheit, derefter konverteret til Celsius, og til sidst afrundet til tiendedele af en grad.

Imidlertid, i optakten til Anden Verdenskrig, flere og flere japanske aflæsninger kom fra flådeskibe. Disse data blev gemt i et andet dæk, og da det amerikanske luftvåben digitaliserede samlingen, de afkortede dataene, skære tiendedelene af en grads cifre af og registrere informationen i hele grader Celsius.

Uerkendte effekter af trunkering forklarer i vid udstrækning den hurtige afkøling, som fremgår af ovenstående estimat af Stillehavets havoverfladetemperaturer mellem 1935 og 1941, sagde Huybers. Efter at have korrigeret for bias introduceret ved trunkering, opvarmningen i Stillehavet er meget mere ensartet.

Mens japanske data har nøglen til opvarmning i Stillehavet i det tidlige 20. århundrede, det er tyske data, der spiller den vigtigste rolle i forståelsen af ​​havoverfladetemperaturer i Nordatlanten på samme tid.

I slutningen af ​​1920'erne, Tyske skibe begyndte at levere et flertal af data i Nordatlanten. De fleste af disse mål er samlet i ét dæk, hvilken, sammenlignet med nærliggende målinger, er væsentligt varmere. Når det er justeret, opvarmningen i Nordatlanten bliver mere gradvis.

Med disse justeringer, forskerne fandt ud af, at opvarmningshastigheden på tværs af det nordlige Stillehav og Nordatlanten bliver meget mere ens og har et opvarmningsmønster, der er tættere på, hvad man ville forvente af stigende drivhusgaskoncentrationer. Imidlertid, Der er stadig uoverensstemmelser, og den samlede opvarmningshastighed fundet i målingerne er stadig hurtigere end forudsagt af modelsimuleringer.

"Resterende uoverensstemmelser fremhæver vigtigheden af ​​at fortsætte med at udforske, hvordan klimaet er blevet strålingsmæssigt tvunget, klimaets følsomhed, og dens iboende variabilitet. På samme tid, vi er nødt til at fortsætte med at søge gennem dataene - gennem datavidenskab, historisk efterforskning, og en god fysisk forståelse af problemet, Jeg vil vædde på, at yderligere interessante funktioner vil blive afsløret, sagde Huybers.