現代の地球温暖化への人間の貢献の程度は、特に米国の政界で熱く議論されているトピックです。

最近の議会公聴会で、米国のエネルギー長官であるリック・ペリーは、「地球温暖化の100％は人間の活動によるものだと立ち上がって言うことは、私が思うに、弁護の余地がない」と述べた。 」。

しかし、現代の温暖化への人間の貢献に関する科学は非常に明確です。気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によると、人間の排出と活動は1950年以降に観察された温暖化の約100％を引き起こしました。 ）5番目の評価レポート。

ここでは、Carbon Briefが、地球の気候に影響を与える主要な要因のそれぞれが単独で温度にどのように影響するか、そしてそれらの複合効果が地球の気温の長期的な変化をほぼ完全に予測する方法を調べます。

Carbon Briefの分析により、 at：

• 1850年以降、ほとんどすべての長期的な温暖化は、温室効果ガスの排出やその他の人間の活動によって説明できます。
• 温室効果ガスの排出だけで地球が温暖化した場合、実際に発生したよりも約3分の1の温暖化が見られると予想されます。これらは、人間が生成した大気エアロゾルによる冷却によって相殺されます。
• エアロゾルは2100年までに大幅に減少すると予測されており、すべての要因による全体的な温暖化が温室効果ガスのみによる温暖化に近づきます。
• 自然地球の気候の変動が長期的な温暖化に大きな役割を果たす可能性は低いです。

ロザムンド・ピアスによるカーボンブリーフのアニメーション。アラミーストックフォトによる画像。

人間はどのくらいの温暖化を引き起こしますか？

2013年の第5次評価報告書で、IPCCは政策立案者向けの要約で、「 1951年から2010年にかけて観測された世界平均表面温度の上昇の半分以上は人間の活動によるものでした。「非常に可能性が高い」とは、現代の温暖化の半分以上が95％から100％の確率であったことを意味します。

このやや複雑な発言は、現代の温暖化に対する人間の責任が50％から100％の間にあることを示唆していると誤解されることがよくあります。実際、NASAのギャビンシュミット博士が指摘しているように、IPCCの暗黙の最良の推測は、人間が観測された温暖化の約110％（72％から146％の範囲）の原因であり、自然要因が単独でわずかな冷却につながるというものでした過去50年間。

同様に、最近の米国の第4回全国気候評価では、観測された1951年から2010年の温暖化の93％から123％が人間の活動によるものであることがわかりました。

これらの結論観測された温暖化の100％以上が人間の活動にどのように起因するのかについて、いくらかの混乱を招きました。火山と太陽活動に関連する自然の気候変動が過去50年間にわずかな冷却をもたらし、人間の活動に関連する温暖化の一部を相殺した可能性が高いため、100％を超える人間の貢献が可能です。

気候を変える「強制力」

科学者は、地球の気候に到達し、そこにとどまるエネルギーの量に影響を与えるさまざまな要因を測定します。それらは「放射強制力」として知られています。

これらの強制力には、放出される熱を閉じ込める温室効果ガス、入射する太陽光を反射して雲の形成、太陽出力の変化に影響を与える人間の活動と火山噴火の両方からのエアロゾルが含まれます。 、土地利用に関連する地表の反射率の変化、および他の多くの要因。

観測された温度変化におけるそれぞれの異なる強制力の役割を評価するために、CarbonBriefはDrによって開発された単純な統計的気候モデルを採用しました。オックスフォード大学とリーズ大学のKarstenHausteinと彼の同僚。このモデルは、人間と自然の両方の気候強制力と、地球規模および陸域のみで観測された温度に最もよく一致する温度との関係を見つけます。

下の図は、記録が1850年に始まって以来、地球の表面温度の変化におけるさまざまな気候強制力の推定される役割を示しています。これには、温室効果ガス（赤い線）、エアロゾル（暗い青）が含まれます。 e）、土地利用（水色）、オゾン（ピンク）、太陽（黄色）、火山（オレンジ）。

黒い点はバークレー地球表面温度プロジェクトで観測された温度を示し、灰色の線はは、すべての異なるタイプの強制力の組み合わせから推定された温暖化を示しています

すべての放射強制力の組み合わせは、一般に、観測された温度の長期的な変化と非常によく一致します。主にエルニーニョ現象による年々の変動がありますが、これは強制力の変化によるものではありません。 1900年から1920年と1930年から1950年の期間にも、この単純なモデルとより複雑な気候モデルの両方で、予測された温暖化と観測された温暖化の間にいくつかの大きな不一致が見られます。

グラフは、すべての中でそれを強調しています。分析された放射力は、温室効果ガス排出量の増加のみが過去150年間に経験した温暖化の大きさを生み出します。

温室効果ガス排出量だけで地球が温暖化した場合、約3分の1の温暖化が見込まれます。

では、他のすべての要因はどのような役割を果たしていますか？

温室効果ガスによる余分な温暖化は、二酸化硫黄やその他の化石燃料燃焼生成物によって相殺されています。大気エアロゾルを形成します。大気中のエアロゾルは、入ってくる太陽放射を反射して宇宙に戻し、高い反射雲の形成を増やして地球を冷却します。

オゾンは、出て行く熱を閉じ込めて地球を暖める短命の温室効果ガスです。オゾンは直接放出されませんが、メタン、一酸化炭素、窒素酸化物、揮発性有機化合物が大気中で分解すると生成されます。オゾンの増加は、これらのガスの人間による放出に直接起因します。

上層大気では、オゾン層を破壊するクロロフルオロカーボン（CFC）やその他のハロカーボンに関連するオゾンの減少が適度な冷却効果をもたらしました。大気中のオゾンの下部と上部の変化を組み合わせた正味の影響により、地球は10分の数度ほど暖められました。

土地の使用方法の変化により、地球の表面の反射率が変化します。たとえば、森林を野原に置き換えると、特に雪の多い地域では、一般に、宇宙に反射して戻る太陽光の量が増加します。 1850年以降の土地利用変化の正味の気候への影響は、適度な冷却です。

火山は、成層圏に高い硫酸エアロゾルを注入するため、気候に短期的な冷却効果をもたらします。入ってくる太陽光を反射して宇宙に戻し、数年間空中に浮かびます。ただし、硫酸塩が地表に戻ると、火山の冷却効果はなくなります。オレンジ色の線は、火山が気候に与える影響の推定値を示しており、最大0.4℃の気温が大幅に下向きに急上昇し、大規模な噴火が発生しています。

最後に、太陽活動は過去数十年にわたって衛星によって測定され、より遠い過去の黒点数に基づいて推定されます。太陽から地球に到達するエネルギー量は、約11年周期で緩やかに変動します。 1850年代以降、全体的な太陽活動はわずかに増加していますが、地球に到達する追加の太陽エネルギーの量は、調査された他の放射強制力と比較してわずかです。

過去50年間で、太陽エネルギーは地球は実際にはわずかに低下しましたが、温度は劇的に上昇しました。

人間の強制力は観測された温暖化と一致します

このモデルの精度は、放射強制力の推定値の精度に依存します。大気中のCO2濃度からのようないくつかのタイプの放射強制力は直接測定でき、不確実性は比較的小さい。エアロゾルなどの他のものは、雲の形成への影響を正確に測定することが難しいため、はるかに大きな不確実性にさらされます。

これらは、組み合わせた自然強制力を示す下の図で説明されています（青い線）人間の強制力（赤い線）と統計モデルがそれぞれに関連付ける不確実性。これらの影付きの領域は、放射強制力の200の異なる推定に基づいており、それぞれの値の範囲を推定しようとする研究が組み込まれています。人的要因の不確実性は1960年以降増加します。これは主に、その後のエアロゾル放出の増加によるものです。

全体として、すべての人間の強制力に関連する温暖化は、観測された温暖化と非常によく一致しており、「現代」期間の開始以来、全体の約104％を示しています。 1950年には人間の活動（および1850年以来103％）から来ており、これはIPCCによって報告された値と同様です。組み合わされた自然強制力は、主に火山の噴火によって引き起こされる適度な冷却を示します。

Carbon Briefによるこの分析に使用される単純な統計モデルは、温暖化に関する人間の指紋を評価するために科学者が一般的に使用するはるかに複雑な気候モデルとは異なります。 。気候モデルは、観測された温度に強制力を単に「適合」させるだけではありません。気候モデルには、空間と時間にわたる温度の変化も含まれ、地球のさまざまな地域での放射強制力のさまざまな効果を説明できます。

ただし、さまざまな強制力が地球の気温に与える影響を分析すると、複雑な気候モデルは一般に単純な統計モデルと同様の結果を見つけます。IPCCの第5回評価レポートの次の図は、1950年から2010年までの期間のさまざまな要因が気温に及ぼす影響を示しています。観測された温度は黒で示され、人間の強制力の合計はオレンジで示されています。

これは、人間による強制力だけで、観測された温暖化の約110％が発生したことを示唆しています。 IPCCはまた、モデルにその期間の内部変動の推定大きさを含めました。これは、比較的小さく、自然強制力のそれに匹敵することを示唆しています。

エジンバラ大学のGabiHegerl教授がCarbonBriefに語ったように：「IPCCの報告書には、基本的に最良の推測はそれほど不確実性がなく貢献はないと述べている」

土地の温暖化が速い

土地の気温はよりもかなり速く温暖化した過去1世紀の世界の平均気温は、近年、産業革命前のレベルを約1.7℃上回っています。1850年以前の期間ははるかに高い可能性がありますが、地温の記録も世界の気温の記録よりも過去にさかのぼります。不確実性。

統計モデルを使用して、人間と自然の両方の放射強制力を地温に一致させることができます。人間と自然の強制力の大きさは、陸地と地球の気温によって少し異なります。 s。たとえば、火山の噴火は、強制力の急激な変化に対して地温がより速く反応する可能性が高いため、土地に大きな影響を与えるように見えます。

下の図は、地温に対するさまざまな放射強制力の相対的な寄与を示しています。 1750年以降。

すべての強制力の組み合わせは、一般に観測された温度と非常によく一致し、主にエルニーニョによって駆動される灰色の線の周りの短期変動があります。とラニーナのイベント。 1850年以前は、はるか昔の観測記録の不確実性がはるかに大きいことを反映して、気温の変動が大きくなっています。

1930年から1940年頃には、観測がモデルの予測を超える期間がまだあります。違いは地球の気温よりも目立たず、1900〜1920年の発散は土地の記録にはほとんどありません。

1700年代後半から1800年代初頭の火山噴火は土地の記録で際立っています。 1815年のインドネシアのタンボラ山の噴火により、地温が1.5度も大幅に低下した可能性がありますが、当時の記録は北半球の一部に限られていたため、世界的な影響について確固たる結論を出すことは困難です。一般に、火山は地温を地球の気温のほぼ2倍冷却するように見えます。

将来何が起こる可能性がありますか？

Carbon Briefは、同じモデルを使用して将来の気温変化を予測しました。各強制係数に関連付けられています。下の図は、2017年までの観測結果と、中から高の将来の温暖化シナリオであるRCP6.0からの2017年以降の将来の放射強制力を示しています。

RCP6.0シナリオの放射強制力が提供された場合、単純な統計モデルは、2100年までに約3Cの温暖化を示し、平均的な温暖化とほぼ同じです。気候モデルが発見しました。

排出量が増加した場合、CO2からの将来の放射強制力は増加し続けると予想されます。一方、エアゾールは、今日のレベルでピークに達し、2100年までに大幅に減少すると予測されています。これは、主に大気質への懸念によるものです。エアロゾルのこの減少は、全体的な温暖化を促進し、すべての放射強制力からの全体的な温暖化を温室効果ガスのみからの温暖化に近づけます。 RCPシナリオでは、特定の将来の火山噴火はタイミングがわからないため、想定していませんが、太陽の出力は11年周期を続けています。

このアプローチは、図に示すように、地温にも適用できます。未満。ここでは、地温が1750年から2100年の間に示され、2017年以降の強制力もRCP6.0からのものです。

海洋の温暖化率は海洋の熱吸収によって緩衝されるため、陸地は地球全体よりも約30％速く温暖化すると予想されます。これはモデルの結果に見られ、RCP6.0シナリオでは世界全体で3Cと比較して、2100年までに土地が約4C暖まります。

さまざまなRCPシナリオとさまざまな値から、さまざまな将来の温暖化が可能です。気候システムの感度についてですが、すべてが将来のエアロゾル排出量の減少の同様のパターンと、将来の気温における温室効果ガス強制力のより大きな役割を示しています。

自然変動の役割

太陽や火山からの自然強制力は長期的な温暖化にはあまり影響を与えていないようですが、海洋サイクルや海洋の熱吸収の変動に関連する自然変動もあります。

温室効果ガスによって閉じ込められたエネルギーは、大気ではなく海洋によって吸収されます。海洋の熱吸収率の変化は、表面温度に大きな影響を与える可能性があります。一部の研究者は、大西洋数十年振動（AMO）や太平洋十年規模振動（PDO）などの数十年周期が、数十年規模の温暖化に役割を果たす可能性があると主張しています。

人的要因が長い間説明していますが、 -期間の温暖化、放射強制力の最良の推定に基づいて説明できるよりも速く温暖化または冷却されたように見える特定の期間がいくつかあります。たとえば、放射強制力に基づく推定値と1900年代半ばの観測値との間のわずかな不一致は、その期間中の自然変動の役割の証拠である可能性があります。

多くの研究者が自然の可能性を調査しました長期的な温暖化傾向に影響を与える変動性。彼らはそれが一般的に限られた役割を果たしていることを発見しました。たとえば、チューリッヒの大気気候科学研究所（IAC）のMarkusHuber博士とRetoKnutti博士は、過去100年間で約26％（+/- 12％）、18％の自然変動の最大の寄与を発見しました。 （+/- 9％）過去50年間。

KnuttiはCarbonBriefに次のように語っています。

「完全に支配することはできません自然変動は私たちが現在考えているよりも大きいということを指摘しますが、それは弱い議論です。もちろん、未知の未知のものを除外することはできません。問題は、それに対する強い証拠があるかどうか、あるいは証拠さえあるかどうかです。そして答えはいいえ、私の見解では。

モデルは、短期間の温度変動をほぼ正しく取得します。多くの場合場合によっては、多すぎることもあります。また、長期的には、観測が限られているため、確信が持てません。しかし、強制応答は観測をほぼ説明しているため、20世紀から私たちがsomを失っているという証拠はありません。 ething…

モデルが内部変動を3倍過小評価していることがわかったとしても、内部変動が観察されたほど大きな傾向を生み出す可能性は非常に低いです。」

同様に、同じくIACのMartin Stolpe博士らは、最近その役割を分析しました。大西洋と太平洋の両方における数十年の自然変動の分析。彼らは、「20世紀後半に観測された地球温暖化の10％未満が、これら2つの海盆の内部変動によって引き起こされ、観測された温暖化のほとんどが人為的強制力に起因することを裏付けている」ことを発見しました。

内部変動は、地域の気温にはるかに大きな役割を果たす可能性があります。たとえば、1930年代に北極圏と米国で異常に暖かい時期が発生した場合などです。ただし、地球の表面温度の長期的な変化に影響を与える役割は、

結論

地球の気候に影響を与える自然要因はありますが、火山と太陽活動の変化の複合的な影響により、温暖化ではなく冷却がもたらされたでしょう。過去50年。

過去150年間に見られた地球温暖化は、ここで検討した単純なモデルとより複雑な気候モデルの両方で、温室効果ガスの排出やその他の人間活動から予想されるものとほぼ完全に一致しています。現代の温暖化に対する人間の寄与の最良の推定値は約100％です。

自然変動の役割のためにいくつかの不確実性が残っていますが、研究者は海洋変動や同様の要因がより多くの原因である可能性は低いと示唆しています現代の地球温暖化のごく一部よりも。

方法論

この記事で使用されている単純な統計モデルは、Haustein et al（2017）によって公開された地球温暖化指数から採用されています。次に、Otto et al（2015）モデルに基づいています。

このモデルは、観測された気候変動への寄与を推定し、観測されたの多重線形回帰によって自然の年ごとの変動の影響を取り除きます。気候変動の人為的および自然的要因全体に対する温度と推定応答。強制応答は、IPCC（2013）の第8章に記載されている標準の単純な気候モデルによって提供されますが、これらの応答のサイズは、観測値への適合によって推定されます。強制力はIPCC（2013）の値に基づいており、NOAAとECLIPSEのデータを使用して2017年に更新されました。これらの強制力の200のバリエーションは、リーズ大学のPiers Forster博士によって提供されました。これは、強制力の見積もりの不確実性を反映しています。モデルを含むExcelスプレッドシートも提供されています。

モデルは、観測にバークレー地球記録を使用して、単に人間と自然の強制力の合計ではなく、さまざまな主要な気候強制力のそれぞれの強制力応答を計算することによって適合されました。強制力を強制力応答に変換する際に使用される熱応答の減衰時間は、観測に存在する速い応答時間をよりよく反映するために、火山強制力の4年ではなく1年に調整されました。エルニーニョおよびラニーニャ（ENSO）イベントの影響は、Foster and Rahmstorf（2011）およびKaplanElNiño3.4インデックスを使用して、火山の温度応答を計算する際に、火山とENSOの重複として、観測から削除されました。経験的な推定は複雑になります。

個々の強制の温度応答は、回帰モデルからの人間または自然の係数の合計によって強制応答をスケーリングすることによって計算されました。回帰モデルは、地温についても個別に実行されました。 2018年から2100年までの各強制の温度応答は、RCP6.0の強制データを使用して推定され、2017年末に観測された強制の大きさに一致するように正規化されました。

人間全体および自然温度応答全体の不確実性は200の異なる強制系列のモンテカルロ分析、および推定された回帰係数の不確実性を使用して推定されました。モデルの実行に使用されたPythonコードはGitHubにアーカイブされており、ダウンロードできます。

図に示されている2017年の観測データは、1年の最初の10か月の平均に基づいており、最終的な年間価値と非常によく似ています。