李庆祥
超长时间审稿的一篇论文终于被接受 精选
2020-10-18 17:35
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10月5日,终于收到了climate dynamics的接收函,基于我们最近研发的全球陆地气温和全球表面温度数据集的1900年以来的趋势研究论文将得以最终发表。


这篇文章审稿时间耗时差不多整整两年,中间曾被拒重投几次(杂志也从最初的NCC到最后的CD,还要感谢审稿人和主编的耐心)。主要原因是里面涉及了近期以来热议的“hiatus”(增暖停滞)的内容,这个方面在NS及其子刊上发表的论文上百篇。甚至IPCC AR5 都提出了1998-2012这15年是hiatus现象的典型时期。也就是说这一段时期全球表面温度GMST的变化趋势不能达到显著性水平(90%或95%信度上),当然还有其他解说(比如全球温度GMST趋势低于长期的水平、或者是GMST趋势低于模式模拟的速率)。应该说,最初这一结果也是基于多个全球基准数据产品(HadCRUT、MLOST、GISS和Berkerley Earth(BE))得到的。


近几年来,很多研究者基于全球表面温度基准数据集进行了大量的订正、补充研究,比如用遥感数据等(Cowtan and Way,2014)、再分析数据(Simons et al,2017)、极地浮标观测气温(Huang et al,2017)等对极地的气温变化趋势进行了插补后,指出,“hiatus”其实是不存在的。前两个研究是基于全球最为老牌的基准气候数据HadCRUT的,后一个研究针对的是美国NOAA的MLOST(后改为NOAAGlobalT)的。


美国的基准气候数据集 NOAAGlobalT 最早开始行动,2015年时任美国NOAA/NCEI的主任(从20世纪90年代起一直担任美国国家气候数据中心(NCDC,2014年整合了NGDC、NODC为NCEI)主任),著名的资深基准气候数据科学家、美国全球变化项目的主席 Tom Karl博士牵头的一篇论文在《Science》上发表,作者们指出:通过NOAA科学家对海温资料的重新订正(主要是采用了更多的被认为更可靠的海洋浮标数据,而将以前作为基准的船舶观测数据订正到以浮标为基准)后认为:全球1998-2012年的GMST趋势明显提高,“hiatus”的说法可能存在重大的问题。当年这篇论文被列为“全球最受关注的学术论文“的第21名(还是22名有点忘记了),足见这件事情的影响力。值得一提的是,这篇文章还引起了一场轩然大波(”气候数据门“事件),NCEI的首席科学家之一(另一名首席科学家就是现任WMO气候学委员会CCl的主席 Tom Peterson博士,我前面博客中提到过,他也是Science 文章的共同作者之一),遥感数据专家John Bates博士(也是个狠角色,曾任AGU的选举主席)首先发难,认为他老板Tom Karl非法使用了未被官方(NCEI)认证的数据,所以属于学术不端。但海温数据毕竟没有造假、其论文也逐步发表出来了(即ERSSTv4和v5,牵头者正是NCEI的海洋科学家、我们的合作者Boyin Huang博士),这件事也逐渐平息。


此后美国的其他两套基准数据(GISS、Berkerley Earth)也纷纷行动起来,对其基准数据进行了大量的分析完善研究。其中GISS (NASA的GISS)采用了更长距离的平滑(1200KM)代替原有的200KM平滑,这样使得极地的数据也是完整的,但它也同时保留了200KM平滑的产品;BE则选择了两种极地插补方案:一种是采用极地的气温数据进行插补;另一种则仍然是对极地海洋上的海温采用传统的做法(维持为恒定不变的海温-1.8度)。这样下来,GISS和BE就分别得到了两种1998-2012年的GMST变化趋势,当然都是第一种趋势大于第二种。


综合以上的成果,也就是说,1998-2012年的GMST的趋势明显比起IPCC AR5使用的原有的几个全球基准气候数据集得出的要大,”hiatus“并不存在的呼声与日俱增。其他一些统计学家也参与了进来,采用”Robust“的统计方法,证明1998-2012这个”hiatus“正好是凑巧赶上了,1998年是极端暖年,而2012年则是一个近期少有的偏冷年份。因此,更加证明这个”hiatus“是无稽之谈。


但这事并没有结束。一些科学家提出:前面几种1998-2012的GMST趋势更为突出的做法(遥感、再分析、浮标气温,等)是有问题的。最大的问题是:传统的基准气候数据都是基于”全球陆地气温+全球海表温度“融合而成的,而大家现在的工作,其实变成了把高纬度的海洋上都用了气温数据。我们知道,极地的气温变暖是有放大作用的,所以得出的GMST更大的趋势是毫无疑问的,并不能说明这个更大的趋势就那么靠谱。另外,有的科学家还指出,IPCC AR5关于气候变化趋势的不确定性估计的方法是有缺陷的,其中并没有包括数据本身的不确定性范围。因此,上述这些研究也没有什么了不起,本来就应该是这样的。


所以这事好像陷入了一个死结。 于是,很多欧美专家干脆就提出:以后不要再来讨论30年以内的气候变化趋势了,没有意义。


我们的这篇文章基于我们新研发的全球陆地气温(表面温度)数据集,我们的陆地气温数据(C-LSAT)是我们2018年发表的,但近年来我们有进行了大量的完善,增加了大量的数据来源,并且评估了其不确定性,现在版本为C-LSAT2.0,覆盖范围是1850-现在;海温的数据仍然采用了NCEI 的Boyin Huang博士牵头研发的ERSSTv5,这个数据集覆盖范围是1854-现在。我们在分析时发现,我们数据集和全球已有的几套基准气候数据在长期GMST的变化趋势和近年来的GMSTA的排序上是很一致的,我们的不确定性范围也差不多。但在1998-2012年”hiatus“期间的GMST趋势上则有显著的差异。于是,我们专门比较了上面所有的几个数据集(包括他们的不同融合方法)在”hiatus“期间(1998-2012)的GMSAT、GMST的趋势变化,又采用了最近的不确定性估计方法,分别考虑了拟合不确定性和数据不确定性对趋势的影响,得到了如下的结论:基于我们的CMST得出的1998-2012年的GMST的趋势达到了0.91°C/10a,如果像IPCC AR5那样,只考虑拟合不确定性范围,它超过了95%信度下的显著性检验;而即使完整考虑数据不确定性和拟合不确定性,它也超过了90%信度下的显著性检验,也就是说,不管怎样,1998-2012年的GMST变暖趋势都基本上达到了显著性的水平。这样,我们首次采用我们的基准数据指出:所谓的全球”hiatus“就是一个彻彻底底的统计假象。


(***这里的基准气候数据是指:完完全全采用定点观测(in situ)的数据,而不引入任何其他的遥感和模式数据得出的有特定物理意义的数据。它和遥感、再分析、模式模拟数据等有严格的区分。目前得到发表的全球表面温度基准数据集产品包括5个:美国3个,分别是NOAAGlobalT、GISS和BE;英国1个,HadCRUT和我们的CMST)(日本气象厅在其官网发布了另一套全球温度数据,但他们相关的论文并没有得以在国际刊物发表,此外,2000年之前完全使用了美国NOAA的数据)。


两年的审稿、修改过程,很幸苦,但也收获到了很多。



本文涉及到(包括以前发表)的几篇我们自己的文章:

Li Q, Sun W, Yun X, Huang B, Dong W, Wang X, Zhai P and Phil Jones, 2020, An updated evaluation of the global mean Land Surface Air Temperature and Surface Temperature trends based on CLSAT and CMST, Climate Dynamics, accepted. 

Li Q, Sun W, Huang B, Dong W, Wang X, Zhai P and Phil Jones, 2020, Consistency of global warming trends strengthened since 1880s, Science Bulletin, https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.06.009. 

Yun XB HuangJ ChengW XuS Qiao and Q Li*2019A new merge of global surface temperature datasets since the start of the 20th CenturyEarth System Science Data1116291643DOIhttps://doi.org/10.5194/essd-11-1629-2019 

Xu W, Q Li*, PD Jones, XL Wang,et al, 2018, A new integrated and homogenized global monthly land surface air temperature dataset for the period since 1900, Clim. Dynamics, 50, 7-8, 2513-253610.1007/s00382-017-3755-1. 


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