Температурные тенденции в Общую Эру: Средневековый климатический оптимум и Малый ледниковый период.

Введение

Тенденции температур в эпоху нашей эры. Информация об описании Средневекового теплого периода и Малого ледникового периода в различных докладах МГЭИК.

Температурная летопись последних 2000 лет реконструируется на основе данных из климатических прокси-записей в сочетании с современными инструментальными измерениями температуры, которые охватывают лишь последние 170 лет в глобальном масштабе. Крупномасштабные реконструкции, охватывающие часть или все 1-го и 2-го тысячелетий, показали, что современные температуры являются аномальными: в Четвертом оценочном докладе 2007 года Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) было заключено, что "средняя температура Северного полушария во второй половине XX века, весьма вероятно, была выше, чем в любой другой 50-летний период за последние 500 лет и, по всей вероятности, самая высокая за последние по крайней мере 1300 лет". Кривая, представленная на графиках этих реконструкций, широко известна как график "хоккейной клюшки" из-за резкого увеличения температуры в течение последнего столетия. По состоянию на 2010 год эта общая картина подтверждалась более чем двумя десятками реконструкций, использующих различные статистические методы и комбинации прокси-записей, с различиями в том, насколько пологой выглядит "рукоятка" до XX века. Недостаточность прокси-записей приводит к значительной неопределенности в отношении более ранних периодов. Отдельные прокси-записи, такие как ширина и плотность годичных колец деревьев, используемые в дендроклиматологии, калибруются по отношению к инструментальным измерениям за период их совпадения. Сети таких записей используются для реконструкции прошлых температур для отдельных регионов: прокси-данные на основе годичных колец деревьев использовались для реконструкции экстратропических температур Северного полушария (в тропиках деревья не образуют годичные кольца), но они ограничены наземными областями и редки в Южном полушарии, которое в основном представлено океаном. Более широкое покрытие обеспечивается многопрокси-реконструкциями, включающими прокси-данные, такие как отложения в озерах, керны льда и кораллы, которые встречаются в различных регионах, и использующими статистические методы для сопоставления этих более редких прокси-данных с большим количеством записей годичных колец деревьев. Метод "Композитный плюс масштабирование" (CPS) широко используется для крупномасштабных многопрокси-реконструкций средних температур полушарий или глобальной температуры; он дополняется методами реконструкции климатического поля (CFR), которые показывают, как климатические закономерности развивались на больших пространственных площадях, что делает реконструкцию полезной для изучения естественной изменчивости и долгосрочных колебаний, а также для сравнения с закономерностями, полученными с помощью климатических моделей. В течение 1900 лет, предшествовавших XX веку, вероятно, следующим самым теплым периодом был период с 950 по 1100 год, с пиками в разное время в разных регионах. Этот период называется Средневековым теплым периодом, и некоторые данные свидетельствуют о широком распространении более прохладных условий в период примерно XVII века, известный как Малый ледниковый период. В ходе "спора о хоккейной клюшке" отрицатели изменения климата утверждали, что Средневековый теплый период был теплее, чем в настоящее время, и оспаривали данные и методы реконструкции климата.

The temperature record of the last 2,000 years is reconstructed using data from climate proxy records in conjunction with the modern instrumental temperature record which only covers the last 170 years at a global scale. Large scale reconstructions covering part or all of the 1st millennium and 2nd millennium have shown that recent temperatures are exceptional: the Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report of 2007 concluded that "Average Northern Hemisphere temperatures during the second half of the 20th century were very likely higher than during any other 50 year period in the last 500 years and likely the highest in at least the past 1,300 years." The curve shown in graphs of these reconstructions is widely known as the hockey stick graph because of the sharp increase in temperatures during the last century. as of 2010 this broad pattern was supported by more than two dozen reconstructions, using various statistical methods and combinations of proxy records, with variations in how flat the pre 20th century "shaft" appears. Sparseness of proxy records results in considerable uncertainty for earlier periods. Individual proxy records, such as tree ring widths and densities used in dendroclimatology, are calibrated against the instrumental record for the period of overlap. Networks of such records are used to reconstruct past temperatures for regions: tree ring proxies have been used to reconstruct Northern Hemisphere extratropical temperatures (within the tropics trees do not form rings) but are confined to land areas and are scarce in the Southern Hemisphere which is largely ocean. Wider coverage is provided by multiproxy reconstructions, incorporating proxies such as lake sediments, ice cores and corals which are found in different regions, and using statistical methods to relate these sparser proxies to the greater numbers of tree ring records. The "Composite Plus Scaling" (CPS) method is widely used for large scale multiproxy reconstructions of hemispheric or global average temperatures; this is complemented by Climate Field Reconstruction (CFR) methods which show how climate patterns have developed over large spatial areas, making the reconstruction useful for investigating natural variability and long term oscillations as well as for comparisons with patterns produced by climate models. During the 1,900 years before the 20th century, it is likely that the next warmest period was from 950 to 1100, with peaks at different times in different regions. This has been called the Medieval Warm Period, and some evidence suggests widespread cooler conditions during a period around the 17th century known as the Little Ice Age. In the "hockey stick controversy", climate change deniers have asserted that the Medieval Warm Period was warmer than at present, and have disputed the data and methods of climate reconstructions.

Изменение температуры за последние 2000 лет

Согласно шестому оценочному докладу МГЭИК, за последние 170 лет деятельность человека привела к повышению глобальной температуры до самого высокого уровня за последние 2000 лет. Текущий многовековой период является самым теплым за последние 100 000 лет. Температура в период с 2011 по 2020 год была на 1,09 °C выше, чем в период с 1859 по 1890 год. Температура на суше повысилась на 1,59 °C, а над океаном – на 0,88 °C. В сентябре 2023 года температура была на 1,75 °C выше доиндустриального уровня, и ожидается, что в течение всего 2023 года она будет на 1,4 °C выше этого уровня.

Общие методы и точность

Наиболее полно изученный период – с 1850 года по настоящее время, при этом охват данных со временем улучшается. В течение этого периода современные инструментальные данные, основанные главным образом на прямых показаниях термометров, имеют практически глобальный охват. Они демонстрируют общее потепление глобальных температур. До этого периода необходимо использовать различные косвенные данные. Эти косвенные данные менее точны, чем прямые измерения температуры, имеют более низкое временное разрешение и меньший пространственный охват. Их единственное преимущество заключается в возможности реконструкции более длительной временной шкалы. Поскольку прямые измерения температуры точнее косвенных данных (и, более того, необходимы для их калибровки), они используются, когда это возможно: то есть, начиная с 1850 года.

Количественные методы с использованием прокси-данных

Поскольку до 1850 года имеется мало инструментальных данных, температуры до этого времени необходимо реконструировать на основе прокси-методов. Один из таких методов, основанный на принципах дендроклиматологии, использует ширину и другие характеристики годичных колец деревьев для оценки температуры. Изотопный состав снега, кораллов и сталактитов также может использоваться для оценки температуры. К другим используемым методам относятся изучение записей сроков сбора урожая, границы леса в различных местах и других исторических данных для получения выводов о температуре. Эти прокси-реконструкции являются косвенными оценками температуры и, следовательно, характеризуются большей неопределенностью, чем инструментальные измерения. Большинство прокси-записей необходимо калибровать по локальным температурным данным за период их совпадения, чтобы оценить взаимосвязь между температурой и прокси-показателем. Затем более длительная история прокси-показателя используется для реконструкции температуры за более ранние периоды. Для получения глобальной или полушарной картины прокси-записи необходимо усреднять. Метод "Composite Plus Scaling" (CPS) широко используется для крупномасштабных многопрокси-реконструкций средних температур полушарий или глобальных температур. Этот метод дополняется методами реконструкции климатического поля (CFR), которые показывают, как климатические закономерности развивались на больших пространственных территориях. При усреднении необходимо проявлять особую осторожность; например, если в определенном регионе имеется большое количество данных о годичных кольцах деревьев, простое среднее значение всех данных значительно переоценит вклад этого региона, поэтому для предотвращения такого перевешивания используются статистические методы. В CFR-реконструкциях анализ главных компонент использовался для объединения некоторых из этих региональных записей перед их глобальным объединением. Важное различие заключается между так называемыми «многопрокси» реконструкциями, которые стремятся получить глобальную реконструкцию температуры, используя несколько прокси-записей, распределенных по всему миру, и более региональными реконструкциями. Обычно различные прокси-записи объединяются арифметически, в виде взвешенного среднего. В последнее время Осборн и Бриффа использовали более простой метод, подсчитывая долю записей, которые являются положительными, отрицательными или нейтральными за любой период времени. Это дает результат, который в целом согласуется с традиционными многопрокси-исследованиями. В Четвертом оценочном докладе МГЭИК за 2007 год приводится 14 реконструкций, 10 из которых охватывают 1000 лет или более, в подтверждение вывода о том, что «средняя температура Северного полушария во второй половине 20-го века, вероятно, была выше, чем в любой другой 50-летний период за последние 500 лет и, возможно, самая высокая за последние 1300 лет».

As there are few instrumental records before 1850, temperatures before then must be reconstructed based on proxy methods. One such method, based on principles of dendroclimatology, uses the width and other characteristics of tree rings to infer temperature. The isotopic composition of snow, corals, and stalactites can also be used to infer temperature. Other techniques which have been used include examining records of the time of crop harvests, the treeline in various locations, and other historical records to make inferences about the temperature. These proxy reconstructions are indirect inferences of temperature and thus tend to have greater uncertainty than instrumental data. Most proxy records have to be calibrated against local temperature records during their period of overlap, to estimate the relationship between temperature and the proxy. The longer history of the proxy is then used to reconstruct temperature from earlier periods. Proxy records must be averaged in some fashion if a global or hemispheric record is desired. The "Composite Plus Scaling" (CPS) method is widely used for large scale multiproxy reconstructions of hemispheric or global average temperatures. This is complemented by Climate Field Reconstruction (CFR) methods which show how climate patterns have developed over large spatial areas. Considerable care must be taken in the averaging process; for example, if a certain region has a large number of tree ring records, a simple average of all the data would strongly over weight that region, and statistical techniques are used to avoid such over weighting. In the and CFR reconstructions, principal components analysis was used to combine some of these regional records before they were globally combined. An important distinction is between so called 'multi proxy' reconstructions, which attempt to obtain a global temperature reconstruction by using multiple proxy records distributed over the globe and more regional reconstructions. Usually, the various proxy records are combined arithmetically, in some weighted average. More recently, Osborn and Briffa used a simpler technique, counting the proportion of records that are positive, negative or neutral in any time period. This produces a result in general agreement with
the conventional multi proxy studies. The 2007 IPCC Fourth Assessment Report cited 14 reconstructions, 10 of which covered 1,000 years or longer, to support its conclusion that "Average Northern Hemisphere temperatures during the second half of the 20th century were very likely higher than during any other 50 year period in the last 500 years and likely the highest in at least the past 1,300 years".

Качественная реконструкция с использованием исторических записей

Также можно использовать исторические данные, такие как даты сбора урожая винограда, периоды отсутствия морского льда в портах и записи в дневниках о заморозках или волнах жары, для получения информации о том, когда в определенных регионах было тепло или холодно. Эти данные сложнее откалибровать, они часто доступны лишь фрагментарно во времени, могут быть доступны только для развитых регионов и редко сопровождаются надежными оценками погрешностей. Эти исторические наблюдения за один и тот же период времени демонстрируют периоды как потепления, так и похолодания.

Ограничения

Очевидные различия между количественным и качественным подходами не полностью устранены. Вышеупомянутые реконструкции основаны на различных предположениях для получения результатов. Если эти предположения не подтвердятся, реконструкции окажутся ненадежными. Для количественных реконструкций наиболее фундаментальными предположениями являются зависимость прокси-данных от температуры и отсутствие влияния нетемпературных факторов на результаты. В исторических записях колебания температуры могут носить региональный, а не полушарный характер. В письме в журнал Nature обратили внимание на оригинальное название их статьи 1998 года: «Температуры Северного полушария за последнее тысячелетие: выводы, неопределенности и ограничения», и отметили, что для более уверенных выводов необходимы более обширные данные с высоким разрешением, а неопределенности являлись основной темой статьи.

История

В 1960-х годах Хьюберт Лэмб, обобщив исторические документы и температурные данные центральной Англии, предложил существование Средневекового теплого периода в регионе Северной Атлантики, за которым последовал Малый ледниковый период. Это обсуждалось в Первом оценочном докладе МГЭИК с оговоркой, что средневековое потепление могло не носить глобальный характер. Использование прокси-индикаторов для количественной оценки прошлых температурных данных развивалось эпизодически с 1930-х годов и привело к разработке метода "Композитного плюс масштабирование" (CPS). Их реконструкция до 1400 года была представлена во Втором оценочном докладе МГЭИК. Реконструкция Майкла Э. Манна, Рэймонда С. Брэдли и Малкольма К. Хьюза (MBH98) показала глобальные закономерности годовой температуры поверхности и средних температур полушарий до 1400 года, с акцентом на неопределенности. В ходе независимого исследования, проведенного в 1999 году, группа исследователей (MBH99) создала реконструкцию CPS, охватывающую тысячу лет, и использовала методологию MBH98 для расширения своего исследования до 1000 года. Термин "хоккейная клюшка" был использован климатологом Джерри Махлманом для описания выявленной закономерности, представляя график, относительно плоский до 1900 года, формирующий "рукоятку" хоккейной клюшки, за которым следовал резкий подъем, соответствующий "клинку". Версия графика MBH99 была заметно представлена в Третьем оценочном докладе МГЭИК (TAR) 2001 года, который также опирался на данные Jones et al. 1998 и три другие реконструкции, чтобы подтвердить вывод о том, что в Северном полушарии 1990-е годы, вероятно, были самым теплым десятилетием, а 1998 год – самым теплым годом за последние 1000 лет. График широко использовался в публичных материалах и стал предметом споров для тех, кто выступал против растущего научного консенсуса об исключительности потепления в конце XX века. В 2003 году, когда усилилось лоббирование по поводу Киотского протокола 1997 года, усилия администрации Буша по исключению реконструкций климата из отчетов Агентства по охране окружающей среды и заявления сенатора Джима Инхофа о том, что антропогенное глобальное потепление – это мистификация, опирались на противоречия вокруг работ Суна и Балиунаса. Позднее, в 2003 году, Стивен МакИнтайр и Росс МакКитрик опубликовали работу, оспаривающую данные, представленные в статье MBH98, однако их аргументы были опровергнуты. В 2004 году Ханс фон Шторх заявил, что статистические методы, использованные в MBH98, недооценивают изменчивость, но он ошибся, полагая, что это подрывает общий график. В 2005 году МакИнтайр и МакКитрик подвергли критике методологию анализа главных компонент, использованную в MBH98 и MBH99, однако были указаны на ошибки, допущенные самими МакИнтайром и МакКитриком. Отчет Национального исследовательского совета (North Report) 2006 года поддержал MBH с незначительными оговорками. Доклад Вегмана поддержал исследование МакИнтайра и МакКитрика, но впоследствии был дискредитирован. Аргументы против исследований MBH были вновь подняты в контексте скандала с перепиской Климатического исследовательского подразделения, но были отклонены восемью независимыми расследованиями. Научный критерий заключается в том, можно ли воспроизвести полученные результаты, используя различные данные и методы. Более двух десятков реконструкций, использующих различные статистические методы и комбинации прокси-записей, подтвердили общий консенсус, отраженный в оригинальном графике "хоккейной клюшки" 1998 года, с некоторыми различиями в том, насколько плоской выглядит "рукоятка" до XX века.

In the 1960s, Hubert Lamb generalised from historical documents and temperature records of central England to propose a Medieval Warm Period in the North Atlantic region, followed by Little Ice Age. This was discussed in the IPCC First Assessment Report with cautions that the medieval warming might not have been global. Using proxy indicators for quantitative estimates of past temperature record had developed sporadically from the 1930s onwards, and introduced the "Composite Plus Scaling" (CPS) method. Their reconstruction back to 1400 featured in the IPCC Second Assessment Report. The Michael E. Mann, Raymond S. Bradley and Malcolm K. Hughes reconstruction (, MBH98) showed global patterns of annual surface temperature, and average hemispheric temperatures back to 1400 with emphasising on uncertainties. independently produced a CPS reconstruction extending back for a thousand years, and (MBH99) used the MBH98 methodology to extend their study back to 1000. The term hockey stick was used by the climatologist Jerry Mahlman to describe the pattern this showed, envisaging a graph that is relatively flat to 1900 as forming an ice hockey stick's "shaft", followed by a sharp increase corresponding to the "blade". A version of the MBH99 graph was featured prominently in the 2001 IPCC Third Assessment Report (TAR), which also drew on Jones et al. 1998 and three other reconstructions to support the conclusion that, in the Northern Hemisphere, the 1990s was likely to have been the warmest decade and 1998 the warmest year during the past 1,000 years. The graph was featured in publicity, and became a focus of dispute for those opposed to the strengthening scientific consensus that late 20th century warmth was exceptional. In 2003, as lobbying over the 1997 Kyoto Protocol intensified, efforts by the Bush administration to remove climate reconstructions from the first Environmental Protection Agency and Jim Inhofe's Senate speech claiming that man made global warming is a hoax both drew on the Soon and Baliunas controversy. Later in 2003, Stephen McIntyre and Ross McKitrick published disputing data in the MBH98 paper, but their argument was refuted. In 2004 Hans von Storch said that the MBH98 statistical techniques understated variability, but he erred in saying this undermined the overall graph. In 2005 McIntyre and McKitrick criticised the principal components analysis methodology in MBH98 and MBH99, but and pointed to errors made by McIntyre and McKitrick. The National Research Council North Report in 2006 supported MBH with minor caveats. The Wegman Report supported McIntyre and McKitrick's study, but was subsequently discredited. Arguments against the MBH studies were reintroduced as part of the Climatic Research Unit email controversy, but dismissed by eight independent investigations. The test in science is whether findings can be replicated using different data and methods. More than two dozen reconstructions, using various statistical methods and combinations of proxy records, have supported the broad consensus shown in the original 1998 hockey stick graph, with variations in how flat the pre 20th century "shaft" appears.