現代の地球温暖化に対する人間の貢献度が、特に米国の政界で盛んに議論されている。
最近の議会の公聴会で、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%が人間の活動のせいだと言って立ち上がるのは、表面上は反論の余地がないと思う」と発言しています。
しかし、現代の温暖化に対する人間の寄与に関する科学は非常にはっきりしています。 気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の第5次評価報告書によれば、人間の排出と活動が、1950年以降に観測された温暖化の約100%を引き起こしています。
ここでCarbon Briefは、地球の気候に影響を与える主要な要因がそれぞれ単独で気温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変化をほぼ完全に予測できるか、検証しています。
Carbon Brief の分析によると、以下のことがわかりました：
- 1850 年以降、長期の温暖化はほとんどすべて、温室効果ガス排出とその他の人間活動によって説明できる。 エアロゾルは2100年までに大幅に減少し、すべての要因による総温暖化を、温室効果ガスだけによる温暖化に近づけると予測されています。
- 地球の気候における自然変動は、長期的な温暖化において大きな役割を果たすとは考えられません。 画像はAlamy Stock Photoを使用しています。
人間による温暖化はどの程度か
IPCCは2013年の第5次評価報告書の政策立案者向け要約で、1951年から2010年にかけて観測された「世界の平均表面温度の上昇」の半分以上が人間活動によって引き起こされた「極めてありそうだ」と述べている。 このやや複雑な声明は、現代の温暖化に対する人間の責任が 50% から 100% の間にあることを意味するものとして、しばしば誤解されてきました。 実際、NASAのギャビン・シュミット博士が指摘したように、IPCCの暗黙のベスト推測は、観測された温暖化の約110%（72%から146%の範囲）に人間が関与しており、自然要因は単独で過去50年間のわずかな冷却につながったとされています。
同様に、最近の米国の第4次国家気候評価では、観測された1951年から2010年の温暖化の93％から123％が人間活動によるものであるとされた。
これらの結論は、観測された温暖化の100％以上が人間活動に起因する可能性について、いくつかの混乱につながった。 火山や太陽活動に関連した自然の気候変動は、過去50年間にわずかな冷却をもたらし、人間活動に関連した温暖化の一部を相殺した可能性が高いため、100％より大きい人間の寄与は可能である。
これらの強制には、出て行く熱を閉じ込める温室効果ガス、入ってくる日光を反射して雲の形成に影響を与える人間活動と火山噴火の両方によるエアロゾル、太陽エネルギーの変化、土地使用に伴う地球表面の反射率の変化、およびその他多くの要因が含まれます。
観測された気温の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、カーボンブリーフは、オックスフォード大学およびリーズ大学のKarsten Haustein博士と彼の同僚によって開発された簡単な統計的気候モデルを適応させました。 下の図は、1850年の記録開始以来、世界の気温の変化における、温室効果ガス（赤線）、エアロゾル（濃紺）、土地利用（水色）、オゾン（ピンク）、太陽（黄色）、火山（オレンジ）などの異なる気候強制力の役割の推定値を示しています。
黒い点はバークレー地球表面温度プロジェクトによる観測温度、灰色の線はすべての異なる種類の強制力の組み合わせによる推定温暖化
バークレー地球による地球平均表面温度（黒い点）と異なる放射強制力のモデル影響（色の線）、および1850年から2017年の期間のすべての強制力の組み合わせ（灰色の線）です。 詳細は記事末尾の方法を参照。 図表：Carbon Brief using Highcharts
すべての放射強制力の組み合わせは、一般に観測された気温の長期的な変化とよく一致する。 主にエルニーニョ現象による年ごと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。 また、1900-1920年と1930-1950年の期間には、この単純なモデルとより複雑な気候モデルの両方で、温暖化の予測値と観測値の間に大きな不一致が見られます。
この図は、分析したすべての放射強制力の中で、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規模を生み出すことを強調しています。
温室効果ガスの排出だけで地球が温暖化するのであれば、実際に起こったよりも約3分の1以上の温暖化が見られると予想されます。
では、他のすべての要因はどのような役割を果たすのでしょうか。 大気中のエアロゾルは、入ってくる太陽放射を宇宙空間に反射させ、高く反射する雲の形成を増加させ、地球を冷却します。
オゾンは短命の温室効果ガスで、出ていく熱を閉じ込めて地球を温めます。 オゾンは直接排出されませんが、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されるときに生成されます。 オゾンの増加は、これらのガスの人間による排出に直接起因しています。
上層大気では、オゾン層を破壊するフロン（CFC）やその他のハロカーボンによるオゾンの減少が、適度な冷却効果をもたらしてきました。 下層大気と上層大気のオゾンの変化を合わせた正味の効果は、地球を10分の数度ほどわずかに温暖化させました。
土地の利用方法の変化は、地球表面の反射率を変えます。 例えば、森林を畑に変えると、特に雪の多い地域では、宇宙へ反射される太陽光の量が一般的に増加する。 1850年以降の土地利用の変化による正味の気候効果は、緩やかな冷却です。
火山は、成層圏に硫酸塩エアロゾルを放出し、数年間上空にとどまり、入ってくる太陽光を宇宙に反射するため、気候に短期の冷却効果を及ぼします。 しかし、硫酸塩が地表に戻ると、火山による冷却効果はなくなる。
January 3, 2009 – Guatemala, Santiaguito eruption, Guatemala. クレジット：Stocktrek Images, Inc. / Alamy Stock Photo.
最後に、太陽活動は過去数十年にわたって人工衛星で測定され、より遠い過去には黒点数に基づいて推定されています。 太陽から地球に届くエネルギー量は、約11年周期で緩やかに変動しています。 1850年代以降、太陽活動全体がわずかに増加しているが、地球に到達する追加の太陽エネルギーの量は、調査した他の放射強制力と比較して小さい。
過去50年間、地球に到達する太陽エネルギーは実際にわずかに減少しているが、気温は劇的に上昇している。 大気中の二酸化炭素濃度のような放射強制力の中には、直接測定することができ、不確実性が比較的小さいものがあります。 エアロゾルのような他のものは、雲形成への影響を正確に測定することが困難であるため、より大きな不確実性があります。 これらの斜線部分は、放射強制力の200種類の推定値に基づいており、それぞれの値の範囲を推定しようとする研究が取り入れられています。 バークレー地球の地球平均気温（黒丸）と、1850年から2017年までの自然放射強制力（青線）と人為放射強制力（赤線）の組み合わせとそれぞれの不確実性（網掛け部分）のモデル化された影響（黒丸）。 すべての自然および人為的強制力の組み合わせ（灰色線）も示している。 詳細は記事末尾の方法を参照。 4873＞全体として、すべての人的強制に関連する温暖化は、観測された温暖化とかなりよく一致しており、1950年の「近代」期間の開始以来、全体の約104％が人間活動に由来することが示されています（1850年以降は103％）これはIPCCが報告した値と同様です。 カーボン・ブリーフがこの分析に用いた単純な統計モデルは、科学者が温暖化に関する人間の指紋を評価するために一般的に使用する、より複雑な気候モデルとは異なっています。 気候モデルは、強制力を観測された気温に単に「当てはめる」だけではありません。 気候モデルはまた、空間と時間における気温の変動を含み、地球の異なる地域における放射強制力の異なる効果を説明することができます。
しかし、地球の気温に対する異なる強制力の影響を分析するとき、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もたらします。 下の図は、IPCCの第5次評価報告書から、1950年から2010年までの期間の気温に対するさまざまな要因の影響を示しています。 観測された気温は黒で、人為的な強制力の合計はオレンジで示されています。
IPCC第5次評価報告書より図TS10。 観測気温はHadCRUT4から。 GHGはすべてのよく混合された温室効果ガス、ANTは全人為的強制、OAはGHG以外の人為的強制（主にエアロゾル）、NATは自然強制（太陽と火山）、内部変動は数十年の海洋サイクルと同様の要素の影響の可能性を推定したものである。 エラーバーはそれぞれ1シグマの不確実性を示す。 出典 IPCC.
これは、人為的な強制力だけで、観測された温暖化の約110％がもたらされたことを示唆しています。 IPCC は、その期間の内部変動の大きさの推定値もモデルに含めており、それは比較的小さく、自然強制と同等であると示唆している。
エディンバラ大学の Gabi Hegerl 教授は、カーボンブリーフに次のように語っている。 「IPCC の報告書では、基本的に、最良の推測は、それほど不確実性を伴わずに、寄与なしとする推定値を示しています。」
Land areas are warming faster
Land temperatures have warming quite faster than average global temperatures over the past century, with temperature reaches around 1.7C above pre-instrial levels in recent years. 陸上気温の記録はまた、1850年以前の期間ははるかに大きな不確実性を伴うが、地球気温の記録よりもさらに過去にさかのぼる。
人為的および自然放射強制力は、統計モデルを使って陸上気温に一致させることができる。 人為的および自然な強制力の大きさは、陸上温度と地球温度とで少し異なるだろう。 例えば、火山噴火は陸地に大きな影響を与えるようで、陸地の気温は強制力の急激な変化に早く反応するようです。
下の図は、1750年以降の陸地の気温に対するそれぞれの異なる放射強制力の相対寄与を示しています。
バークレーアースからの陸地の平均表面温度（黒い点）と異なる放射強制力のモデル影響（色のついた線）、および1750年から2017年の期間のすべての強制力の結合（灰色の線）。 4873＞すべての強制力の組み合わせは、一般に観測された気温とよく一致し、灰色の線周辺の短期変動は主にエルニーニョとラニーニャ現象によってもたらされています。
1930年と1940年頃にも観測値がモデルの予測値を上回る時期があるが、その差は地球の気温ほど顕著ではなく、1900-1920年の差は陸上記録にはほとんど見られない。 1815年のインドネシアのタンボラ山の噴火は陸地の気温を1.5℃も冷やしたかもしれないが、当時の記録は北半球の一部に限られており、したがって、地球規模の影響について確固たる結論を出すことは困難であった。 一般に、火山は地球の気温の2倍近くも陸地の気温を冷やすようです。
将来何が起こるか
カーボンブリーフは同じモデルを使って、各強制因子に関連する将来の気温変化を予測しました。 下図は、2017年までの観測結果と、将来の中・高温化シナリオであるRCP6.0による2017年以降の将来の放射強制力を示しています。
バークレー・アースによる全球平均気温（黒点）と、1850年から2100年までの様々な放射強制力の影響（色線）のモデル化。 2017年以降の強制力はRCP6.0から取得。 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3℃の温暖化を示し、気候モデルが発見した平均温暖化とほぼ同じです。
排出量が増加すれば、二酸化炭素からの将来の放射強制力は増加し続けることが予想されます。 一方、エアロゾルは今日のレベルをピークに、2100年までに大幅に減少すると予測されており、これは大気質に対する懸念が大きな要因となっている。 このエアロゾルの減少は、全体の温暖化を促進し、すべての放射強制力による温暖化を、温室効果ガスだけによる温暖化に近づけると考えられます。 RCPシナリオでは、将来の火山噴火の時期がわからないため、特定の火山噴火を想定していませんが、太陽出力は11年周期で続いています。 ここでは、1750年から2100年の陸上気温を示し、2017年以降の強制力もRCP6.0から得ている。
バークレーアースからの陸上平均表面温度（黒い点）と1750年から2100年の期間における様々な放射強制力のモデル影響（色付き線）。 2017年以降の強制力はRCP6.0から取得。 海上の温暖化率が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る。 これはモデル結果に現れており、陸地はRCP6.0シナリオでは世界全体で3℃であるのに対し、2100年までに約4℃温暖化する。
異なるRCPシナリオや気候システムの感度の異なる値から考えられる将来の温暖化の幅は広いが、すべて、将来のエアロゾル排出量が減少することと将来の気温における温室効果ガス強制の役割がより大きくなることは同様のパターンを示している。
自然変動の役割
太陽や火山からの自然強制は長期的な温暖化にあまり関与していないようだが、海洋循環や海洋熱吸収の変動に伴う自然変動もある。
温室効果ガスによって閉じ込められたエネルギーの大部分は大気ではなく海洋によって吸収されるので、海洋熱吸収率の変化は表面温度に対して大きな影響を与える可能性がある。 一部の研究者は、大西洋十年規模振動（AMO）や太平洋十年規模振動（PDO）などの数十年周期が、十年単位での温暖化に一役買うことができると主張している。
長期にわたる温暖化のすべてを人的要因で説明しているが、放射強制力の最善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化したように見える特定の期間もいくつかある。 例えば、1900年代半ばの放射強制力ベースの推定値と観測値の間の適度な不一致は、その期間中の自然変動の役割を示す証拠かもしれない。
多くの研究者が、自然変動が長期の温暖化傾向に影響を与える可能性について調べている。 彼らはそれが一般的に限られた役割を果たすことを発見した。 例えば、チューリッヒの大気気候科学研究所（IAC）のMarkus Huber博士とReto Knutti博士は、過去100年間の自然変動の最大寄与率は約26％（±12％）、過去50年間は18％（±9％）であることを発見しました。 しかし、それは弱い議論です。もちろん、未知の未知を除外することはできません。 問題は、それに対する強い、あるいは何らかの証拠があるかどうかです。 そして、その答えは「ノー」だと私は思います。
モデルは短期的な気温変動をほぼ正しく捉えています。 多くの場合、過大でさえある。 また、長期的には、観測値が限られているため、確かなことは言えません。 しかし、強制応答は観測をほぼ説明するので、20世紀から何かを見逃しているという証拠はない…
たとえモデルが内部変動を3倍過小評価することがわかったとしても、内部変動が観測と同じくらい大きな傾向を生み出す可能性は極めて低い」
同様に、同じくIACのマーティン・ストルペ博士と同僚たちは最近、大西洋と太平洋の両方で数十年の自然変動の役割を分析した。 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つの海洋流域の内部変動によって引き起こされ、観測された温暖化の大部分が人為的な強制に起因することを補強する」ことを発見しました。 例えば、1930年代に北極や米国で異常な温暖期をもたらしたことである。
Conclusion
地球の気候に影響を与える自然要因がある一方で、火山と太陽活動の変化の複合的な影響により、過去50年間は温暖化ではなく冷却化をもたらしただろう。
過去150年間に見られた地球温暖化は、ここで調べた単純なモデルでもより複雑な気候モデルでも、温暖化ガス排出と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る。 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、海洋変動と同様の要因が現代の地球温暖化のごく一部以上の原因である可能性は低いと示唆しています。
メソッド
この記事で使用されている単純な統計モデルは、ハウスタインら（2017）が発表した地球温暖化指数に適応されています。 順番に、それはOttoら（2015）モデルに基づいています。
モデルは、観測された気候変動への寄与を推定し、観測された気温と気候変動の総人為的および総自然的ドライバーへの推定応答の多重線形回帰によって自然の年ごとの変動の影響を除去します。 強制力の応答は、IPCC（2013）の第8章で示された標準的な単純気候モデルによって提供されるが、これらの応答の大きさは、観測値への適合によって推定される。 強制力はIPCC（2013）の値を基に、NOAAとECLIPSEのデータを用いて2017年まで更新した。 これらの強制力の200のバリエーションは、強制力推定値の不確実性を反映して、リーズ大学のPiers Forster博士によって提供されました。 そのモデルを含むExcelスプレッドシートも提供されています。
このモデルは、観測のためにバークレー地球の記録を使用して、単純に人間と自然の強制力の合計ではなく、異なる主要な気候強制力のそれぞれについて強制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年に調整された。 火山とENSOの重複は経験的な推定を複雑にするので、火山の温度応答を計算するときに、Foster and Rahmstorf (2011)とKaplan El Niño 3.4 indexから採用した方法を用いて、エルニーニョとラニーニャ（ENSO）現象の影響を観測から除去した
それぞれの個々の強制に対する温度応答は、回帰モデルの総人為または自然の係数で強制応答をスケーリングして計算された。 また、回帰モデルは陸上気温について個別に実行された。 2018年から2100年までの各強化の温度応答は、2017年末に観測された強制力の大きさに一致するように正規化されたRCP6.0の強制力データを用いて推定された。
全人為及び全自然温度応答の不確実性は、推定回帰係数の不確実性と同様に200種類の強制力の系列のモンテカルロ分析を用いて推定された。 モデルの実行に使用されたPythonコードはGitHubでアーカイブされており、ダウンロード可能です。
図に示されている2017年の観測データは、今年の最初の10ヶ月の平均に基づいており、究極の年間値にかなり似ている可能性が高いです。
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科学者が地球温暖化の100％は人間によるものだと考える理由
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