Oeste de la Antártida: sigue el calentamiento

La reconstrucción de la temperatura de O'Donnell et al. (2010) confirma que la Antártida Occidental se está calentando - pero subestima la tasa de

martes,01.02.2011

Al final de mi post el mes pasado en la historia de la ciencia antártica noté que tenía una, en general favorables dictamen inicial del documento por O'Donnell et al. en el Journal of Climate .O'Donnell et al. es el resultado de revisión por pares de una serie de publicaciones en el blog comenzó hace dos años, sobre todo dirigidas a criticar el trabajo de 2009 en la Naturaleza , de los cuales yo era el autor principal. Como era de esperar de un documento revisado, las demandas manifiestamente insostenible que se encuentran en las entradas de blog original están ausentes, y en mi opinión de O'Donnell et al. es un aceptables perfectamente a la literatura.O'Donnell et al. sugieren varias mejoras a la metodología que utiliza, la mayoría de los cuales estoy de acuerdo con, en principio. Por desgracia, su aplicación efectiva por O'Donnell et al. deja mucho que desear, y un resultado que está en desacuerdo con las pruebas independientes de la magnitud del calentamiento, por lo menos en la Antártida Occidental.

En este post, voy a resumir los principales cambios metodológicos sugeridos por O'Donnell et al., Discutan cómo estos resultados se comparan con los resultados y las implicaciones para nuestra comprensión de los cambios recientes del clima antártico.Entonces voy a tratar de hacer sentido de cómo O'Donnell et al.aparentemente terminó con un resultado erróneo.

En primer lugar, un recordatorio para aquellos que no están familiarizados con ella: la innovación esencial en nuestro trabajo fue la de combinar los datos de temperatura de la superficie disponible de los satélites con el ~ 50 años de datos de estaciones meteorológicas.Estos últimos generalmente se consideran más fiables y retroceder un total de 50 años, pero son muy escasos e incompletos, mientras que los datos del satélite espacial proporcionar una cobertura completa del continente, pero sólo a partir de la década de 1980. Se combinaron los dos conjuntos de datos de calibración de los datos de tiempo en contra de los datos del satélite y el uso de la calibración para obtener una imagen completa espacial de la variabilidad de temperatura de la Antártida y las tendencias de los últimos 50 años. Las principales conclusionesfueron que la tendencia general de la Antártida fue positiva (pero no necesariamente estadísticamente significativo), y que en la Antártida Occidental, las tendencias fueron positivas y significativas, sobre todo en invierno y primavera. Estos resultados fueron lo suficientemente importante para la Naturaleza para publicarlas, porque la mayoría de los investigadores cree que el calentamiento significativo se limitó sólo a la región de la Península Antártica. Ninguno de estos hallazgos se contradice con O'Donnell et al. 'S resultados.

O'Donnell et al. tienen tres críticas principales de nuestro trabajo. En primer lugar, que la reconstrucción se informó que no fue homogénea. Es decir, la primera parte de la reconstrucción (del 1957 al 1981) se basa enteramente en una combinación lineal de los datos de la estación del tiempo (ya que no hay datos de satélite durante ese período), mientras que la segunda parte (1982-2006) se deriva simplemente de los datos del satélite. O'Donnell y otros sostienen que sería mejor usar la estación meteorológica de datos sólo para los dos períodos, ya que estos datos son , a priori, se considera más fiable. (Hay todo tipo de problemas potenciales con los datos del satélite, el principal es que existe una clara «cielo sesgo".) Es decir, que uno quiere para calibrar los datos durante 1982-2006, y luego usar ese modelo de calibración para la campo de temperatura para los primeros y los últimos períodos, utilizando sólo las estaciones meteorológicas.

En segundo lugar, que al hacer el análisis, se conservan muy pocos (sólo 3) EF patrones. Estas son las descomposiciones del ámbito de los satélites en sus patrones espaciales linealmente independientes. En general, el problema de retención FEOs demasiados en este tipo de cálculo es la capacidad que uno de reconstruir los patrones de alto orden espacial es limitada con una escasez de datos conjunto, y en general no tiene sentido mantener más de la FEOs primeros.O'Donnell et al. muestran, sin embargo, que con seguridad podría haber mantenido al menos 5 (y tal vez más) EOF, y que esto puede dar una imagen más completa.

En tercer lugar, O'Donnell et al. argumentan que usamos demasiado bajo un parámetro de truncamiento al hacer 'truncada mínimos cuadrados "regresiones. En general, con muy bajo un parámetro de truncamiento demasiado suavizará los resultados, y tienden a suavizar tanto la información temporal y espacial. El problema de usar demasiado grande un parámetro de truncamiento es que crea problemas cuando los datos son escasos, lo que resulta en ruido numérico (overfitting). O'Donnell et al. tratar de solucionar este problema mediante la validación cruzada - es decir, intentando un montón de parámetros de truncamiento diferentes, y con los que le dan el máximo r ² , y CE estadísticas RE.

Hay una serie de otras críticas que O'Donnell et al. que, por ejemplo, si está bien de relleno los datos estación meteorológica en el momento mismo que hacer la calibración con los datos vía satélite (como lo hicimos) o si estas tienen que hacerse por separado (como O'Donnell et al. hicieron). Estos son más cuestiones técnicas que pueden o no ser de aplicación general, pero en cualquier caso, no hacen una diferencia significativa a los resultados a la mano (como O'Donnell et al. Señalan).

Supongamos, por el momento, que todas estas ideas están en la marca, y que la reconstrucción principales presentados por O'Donnell et al. es, de hecho, una imagen más precisa del cambio de temperatura en la Antártida en los últimos 50 años que presentó en el trabajo anterior. ¿Cuáles son las implicaciones para el clima de la Antártida? ¿Cómo se diferencian lo que se concluyó en Steig et al. (2009)? La respuesta es: muy poco.

Los patrones espaciales de las tendencias anuales, y cómo evolucionan en el tiempo, es similar en ambos documentos. En particular, O'Donnell et al. encontrar, como lo hicimos, que todo el continente fue el calentamiento, en promedio, antes de la década de 1980 (Figura a continuación de sus principales "SPI" reconstrucción). Como dijimos en nuestro documento, esto tendería a apoyar la idea de que el enfriamiento en el este de la Antártida es un fenómeno reciente, al menos en parte atribuible a las tendencias recientes en el Modo Anular del Sur (SAM), que se está obligado (por lo menos en parte) por el agotamiento del ozono estratosférico .

O'Donnell et al. también se reproducen nuestra constatación de que las estaciones en las que la rápida y significativa el calentamiento se está produciendo la mayor parte son de invierno y primavera - en amplias zonas de Oriente la Antártida y la Antártida Occidental.En la primavera, el calentamiento es significativo a lo largo de todas las de la Antártida Occidental a través de los 50 años de todo el expediente, y en invierno, también se produce en todas las del oeste de la Antártida en los últimos 25 años. En ambas épocas del año en este último período, el lugar de mayor calentamiento ha sido la Antártida Occidental, y en particular la región del Mar de Ross y la Tierra de Marie Byrd, no sólo de la Península Antártica ya que prácticamente todos los estudios anteriores a la nuestra había asumido. Este es un resultado importante que destaca en nuestro trabajo, ya que tiene implicaciones para nuestra comprensión de la dinámica participación de calentamiento de la Antártida. En concreto, se hizo una comparación de modelos de datos en el documento, en los que hemos dicho

... Tanto en la reconstrucción y en los resultados del modelo, la tasa de calentamiento es mayor en la Antártida continental occidental, sobre todo en primavera e invierno, que cualquiera en la península o en el este de la Antártida .... Esto se relaciona con cambios en la TSM y la ubicación de las anomalías del hielo marino, en particular durante el último período (1979-2003), cuando están muy zonalmente asimétrica, con pérdidas significativas en el sector WestAntarctic pero pequeñas ganancias en el resto del continente.

En otras palabras, durante el período en el que tenemos buenos datos del hielo marino, las zonas con poco hielo marino son siempre las zonas de calentamiento de la superficie de la Antártida. Ya estaba bien establecida antes de nuestro trabajo que las anomalías del mar de hielo juegan un papel importante en la Waring observó en la costa oeste de la Península Antártica. Nuestro trabajo demostró que esto es también cierto en la Antártida Occidental, y está plenamente confirmado por O'Donnell et al. 'S análisis. El único punto de desacuerdo es en invierno, en la primera parte del único registro (antes de la era de los satélites).

Otro punto de acuerdo total entre nuestros resultados y O'Donnell et al. es que la amplia mayoría de refrigeración se produce en el otoño - verano no como se explica en un trabajo anterior (por ejemplo, Thompson y Salomón, 2000 ). Esto puede ser algo de un problema para la hipótesis de que el agotamiento del ozono es uno de los principales impulsores de la Antártida observaron refrigeración Oriente, debido a que el obligar a que está ocurriendo en la primavera (cuando el agujero de ozono se desarrolla). Si existe un vínculo entre la primavera y la temperatura forzando la caída, no es simple, pero es probable que incluya una función de hielo marino, que ofrece una fuente obvia de la persistencia de una temporada a otra (un documento en revisión por Arnour y otros sostiene exactamente en este punto).

Por último, O'Donnell et al. de acuerdo con nosotros en el resultado más básica de todas: no es estadísticamente significativa de calentamiento en la Antártida Occidental. En este contexto, vale la pena ser muy claro en lo que se entiende por "la Antártida Occidental". Leer lo que se ha dicho sobre O'Donnell et al. en diversos lugares de la blogosfera, uno tiene la impresión de que su papel devuelve el calentamiento de la Antártida a su "legítimo" el lugar, la Península Antártica. Si eso fuera cierto, sería ciertamente una refutación importante de nuestro trabajo. Pero en el resumen real de O'Donnell et al., Se afirma que "nos encontramos con que el calentamiento estadísticamente significativas se extiende al menos en lo que Tierra de Marie Byrd. "Tierra de Marie Byrd es que parte de la Antártida Occidental que se extiende hacia el este de la Ross plataforma de hielo de hasta pasado Byrd Station y sobre el centro oeste de la Antártida hielo brecha (véase el mapa de arriba). En los resultados de O'Donnell, que es un calentamiento significativo todo el camino desde la península hacia el oeste WAIS pasado Divida sitio, a 112 ° W, y en Tierra de Marie Byrd y en ninguna parte cerca de la Península Antártica. Antes de nuestro trabajo, nadie había afirmado que cualquier área fuera de la Península estaba calentando perceptiblemente. termometría de la perforación en el WAIS Divide ( Orsi y Severinghaus, 2010 ) y en la corriente de hielo Rutford (más cerca de la Península, et, al. Barrett, 2009 ) ha proporcionado desde entonces por completo de validación independiente de los resultados. O'Donnell et al. es, pues, sólo el último de varios estudios para confirmar nuestra conclusión inicial *: la Antártida Occidental se está calentando de manera significativa.

Sin duda, existe un desacuerdo real entre nuestros resultados y los de O'Donnell et al. Para el año cincuenta de reconstrucción completa de las tendencias de la temperatura, la reconstrucción principales se discuten en el documento muestra un enfriamiento en el invierno y el otoño en el estante de hielo de Ross, lo que contrasta con nuestro hallazgo de que un calentamiento significativo. Como consecuencia, sus tendencias de calentamiento global son más pequeños, a la mitad. Se trata de la única diferencia importante entre nuestros resultados y los de O'Donnell.Sin embargo, existen diferencias significativas, y sin duda puede ser importante para nuestra comprensión del cambio climático antártico. En particular, tanto los resultados tienden a sugerir un papel más importante de la variabilidad natural que nuestras conclusiones implícitas. Si O'Donnell et al. 'S resultados son correctos, esto sugeriría que la respuesta de amortiguación de la Antártida para forzar radiativo global (es decir, el CO ₂ aumenta) que se ve comúnmente en los modelos ( como se discutió previamente por Spencer Weart, por ejemplo ) es tal vez más en la marca de nuestro trabajo sugiere (aunque tenga en cuenta que incluso los grandes tendencias mucho que estima son significativamente amortiguada en comparación con el Ártico.)

Volvamos ahora a la cuestión de si O'Donnell et al. 'S resultados en realidad no representan una mejora con respecto a la nuestra. La siguiente figura indica un evidente problema más: O'Donnell et al. no está de acuerdo notablemente con la estación de datos meteorológicos en bruto de Byrd, que es el único registro de cualquier longitud en cualquier lugar de la Antártida Occidental.Se muestra en la figura, que se reproduce más abajo, son los principales reconstrucciones de Steig et al. (2009) (verde) y O'Donnell et al. (2010) (azul), en comparación con la actual prima de datos de la (negro) de la estación meteorológica Byrd. La tendencia lineal simple de los datos en bruto es casi cuatro veces más grande en la realidad que se muestra por O'Donnell et al., Mientras que no es estadísticamente distinguible de Steig et al. Hay una gran cantidad de datos faltantes de Byrd (y medios anuales en la figura incluyen algunos meses que faltan), por lo que también se muestra en la figura (línea discontinua) es un relleno independiente de los datos que faltan de la estación Byrd, realizado por Andy Monaghan (con ningún satélite datos de ningún tipo, como se describe en Monaghan et al., 2008 , además de los nuevos datos disponibles hasta el 2009). La estimación actualizada Monaghan - actualmente en revisión - indica una mayor tendencia aún,> 0,4 º C / década, cuando los datos están actualizados hasta el 2009.

El fracaso evidente de O'Donnell et al. para capturar correctamente lo que está pasando en Byrd (y presumiblemente en otras partes de la Antártida Occidental) es bastante sorprendente, dado que una de las principales diferencias en su metodología consiste en utilizar los datos de estación meteorológica - no los datos de satélite como lo hicimos - como el objetivo de verificación . Es decir, O'Donnell et al. estaciones de uso del tiempo, retenidos de uno en uno a partir de la reconstrucción con fines de verificación para optimizar su calibración. ¿Cómo, pues, pueden estar tan lejos de la ubicación de la estación meteorológica más importante? (Digo 'más importante' porque aquí el principal punto de contención es, después de todo, la Antártida Occidental). Hay tres fuentes probables del problema, cada uno pertenecientes a O'Donnell et al.aplicación de sus modificaciones a los métodos que estamos utilizando.

En primer lugar, como he señalado anteriormente, O'Donnell et al. utilizar una combinación lineal de datos de la estación meteorológica para su reconstrucción, tanto en el período de reconstrucción (pre-1982) y en el periodo de calibración (la era de los satélites, después de 1981). Esta es una cosa muy razonable que hacer, lo que resulta en un conjunto de datos más homogénea que la nuestra. Sin embargo, también significa tirar la información que podría ser importante: a saber, que hay una fuerte tendencia en las temperaturas en la Antártida Occidental que no puede ser capturada por cualquier estación de datos meteorológicos. Esto no es un problema muy grande en el este de la Antártida, donde la escala de la covarianza espacial es grande, y el número de estaciones meteorológicas también es grande, es un gran problema potencialmente en la Antártida Occidental, donde el número de estaciones es pequeño (de nuevo, sólo Byrd se remonta más allá de la era de los satélites) y la escala espacial de covarianza también es menor, debido a la topografía de ayuda mayor. Además de eso, O'Donnell et al. no parecen haber utilizado toda la información disponible de las estaciones meteorológicas.Byrd se compone realmente de dos registros diferentes, los territorios ocupados de la estación Byrd, que se detiene en 1980, y el AWS estación Byrd, que ha registrado las temperaturas en episódicamente Byrd desde entonces. O'Donnell et al. tratar a estos como dos conjuntos de datos independientes, y porque sus cálculos (como la nuestra) eliminar la media de cada registro, O'Donnell et al. han eliminado la información que puede ser bastante importante. a saber, que las temperaturas medias en el registro de AWS (post 1980) son más calientes - en alrededor de 1 ° C - que el de antes de 1980 estación tripulada registro meteorológico. Tenga en cuenta que la precaución está en orden en el empalme de estos simplemente juntos, porque los problemas de calibración de sensores puede llegar a los medios que la diferencia de 1 ° C es una sobreestimación (o una subestimación) .** Desde Steig et al. conserva los datos de satélite, no necesita preocuparse por esto. O'Donnell y otros no tienen ese lujo, y debe por lo menos muy han examinado el impacto de la estación de tratamiento de Byrd y AWS Byrd como registros independientes por completo.

En segundo lugar, en su reconstrucción principal, O'Donnell et al. optar por utilizar una rutina de Tapio Schneider 'Regem' código conocido como " iridge '(regresión de canto individuales). Esta implementación de Regem tiene la ventaja de tener una función integrada de validación cruzada, que se supone que debe proporcionar un punto de datos por punto de datos de optimización de los parámetros utilizados en el truncamiento cuadrados calibraciones menos. Sin embargo, al menos dos grupos independientes que han probado el rendimiento de Regem con iridge han encontrado que es propenso a la subestimación de las tendencias, ya escasos datos de ruido (por ejemplo, Mann et al, 2007a , Mann et al., 2007b , Smerdon y Kaplan , 2007 ) y este es precisamente el motivo por el trabajo más reciente ha favorecido el uso de TTLS , en lugar deiridge , como el método de regularización en Regem en tales situaciones. No es de extrañar que O'Donnell et al (2010), utilizando iridge , en efecto, parecen haber subestimado drásticamente plazo las tendencias a largo-la comparación Byrd no deja otra conclusión posible.

O'Donnell et al. no depender totalmente de regresión cresta. Se presentan los resultados también de una validación de pruebas explícitas-más, utilizando el truncamiento varios parámetros para un "total de plazas por lo menos truncado" (o "truncada decompositon valor singular ') regresiones, como lo hicimos en nuestro trabajo. Sin embargo, estas pruebas, tal como se aplica, también son problemáticos.O'Donnell et al. efectivamente utilizar la validación cruzada en dos etapas: en primer lugar, mediante la cumplimentación de los datos que faltan en la estación de registros de tiempo y elegir el valor de truncamiento (k _gnd ) que produce el mejor de verificación estadísticas generales. En segundo lugar, por reconstruir el campo espacial completa con otro valor de truncamiento, k _sáb . En ambos casos, la optimización se hace sobre la base del conjunto de datos completo, es decir, 'la' mejor parámetro depende de lo que funciona mejor en promedio, tanto en las regiones pobres de datos (por ejemplo, la Antártida Occidental) y los datos de las regiones ricas (por ejemplo, la Antártida oriental y la Península). El riesgo obvio es que un valor demasiado alto truncamiento se utilizará para la Antártida Occidental. No es más bien una buena evidencia de que se encuentran en el material complementario en O'Donnell que esto es exactamente lo que ha sucedido. La elección de k _gnd que produce el mejor acuerdo con la iridgecálculos (que, recordemos, ya es conocido por crear problemas) pasa a ser k _gnd = 7, y da la casualidad de que este rendimiento mínimo de las tendencias. De hecho, O'Donnell et al.muestran en una tabla en su material complementario que la tendencia media de la Antártida Occidental para los pequeños valores de k _gnd es más del doble (~ 0.2 ° C / década) lo que es por su "óptima" estimación de k _gnd = 7 (~ 0.07 º C / década). En efecto, con un valor menor que el que decide confiar en gran medida borra cualquier diferencia entre sus resultados y Steig et al., 2009. Este simple hecho - se ilustra en la figura anterior (tendencias en ° C / década de 1.957 a 2006) - ha estado notablemente ausente en los comentarios que O'Donnell y co-autores han hecho acerca de su papel.

En tercer lugar, la forma en que O'Donnell et al. realmente la validación cruzada para optimizar k_sáb es en sí mismo muy poco fiables. En lugar de usar las calibraciones de división (es decir, comparando primer periodo con estadísticas último período), que uno a uno retener cada estación meteorológica de series de tiempo sobre toda la longitud del registro. Para ver el problema con esto, considere lo que sucede si usted retiene el Polo Sur de la estación de registro, que es completo para todo el período, y luego repetir las regresiones para encontrar el mejor valor para el truncamiento del Polo Sur. Para el período 1982-2006, cuando hay datos de satélite disponibles para (y altamente correlacionado con la estación a) del Polo Sur, el número óptimo será mucho mayor (la riqueza de datos) que durante la era pre-satélite (datos de pobres).El número que se acostumbra a ser un underfitting de la era pre-satélite y un sobreajuste de la era de los satélites. Tenga en cuenta que k _sáb es en realidad el número de FEOs que consiguen mantenerse, ya que uno necesita muchas más de estas para reconstruir la península de forma adecuada, es inevitable que se terminará con más conservado FEOs de lo que hicimos, eso no significa que este es el número correcto de Occidente o la Antártida Oriental. O'Donnell et al.hacer informe de calibración estadísticas partidos en concepto de bien, pero esto no es como elegir a sus valores óptimos.

¿Todo esto quiere decir que creo que los resultados de O'Donnell son todos mal? Por supuesto que no. Creo que tienen razón que ha conservado más patrones EF que nosotros, aunque el principal efecto de esto es sólo en la captura del fuerte calentamiento Península .*** También es muy probable que O'Donnell et al. 'S resultados son más exacto que el nuestro para la era de los satélites, en la que la mayoría de los problemas que he discutido anteriormente es menos probable que surjan. Aunque los resultados muestran tendencias mucho más pequeños, están de acuerdo bien con los patrones espaciales de los datos del tiempo reanálisis productos (NCEP2, EEI-40) durante la era de los satélites. Esta es una validación agradable, en gran parte independientes de los productos, y sugiere que está bien de utilizar estos productos - que incluyen información detallada sobre los cambios en la circulación atmosférica, por ejemplo - para investigar las causas de las tendencias de la temperatura. Esto es algo que muy pocos de nosotros hemos estado trabajando, pero no siempre ha sido el problema persistente de que no se sabe muy bien lo mucho que se puede confiar NCEP y efectividad de los productos en las altas latitudes del sur. O'Donnell et al. sin duda debe ser citado en apoyo de esa labor.

En resumen, aun cuando sus resultados son tomados a su valor nominal, O'Donnell et al. 2010 no cambia ninguna de las conclusiones alcanzadas en Steig et al. En el oeste de la Antártida, donde hay un desacuerdo, Steig et al, 2009 es una mejor concordancia con datos independientes, y O'Donnell et al. 'S resultados parecen verse afectados mediante procedimientos conocidos a las tendencias de subestimar. Así, mientras que sus resultados pueden representar una estimación mejor de las tendencias en los datos de las regiones ricas - este de la Antártida y la Península - es prácticamente seguro que son una subestimación de la Antártida Occidental. Esto probablemente significa volver a la mesa de dibujo para escribir otro artículo, teniendo en cuenta las sugerencias de O'Donnell et al. que son válidos, pero espero que evitar sus errores.

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