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研究は地球システムの主要構成要素の転換点を予測することは不可能であることを明らかにした

発表された研究によると サイエンス誌に掲載地球システムの主要構成要素の転換点を予測するには不確実性が大きすぎる。 将来の人為的強制力に応じて、地球システムの一部の構成要素は急激な遷移を起こす可能性があります。これらの構成要素は、小さな強制力の変化によって状態が急激に変化する可能性があるシステムであるティッピング要素として特に注目されています。これは、たとえば、多重安定性を示すシステムで発生する可能性があります。つまり、臨界強制力閾値を超えると、代替の安定した平衡状態から急激に移行する可能性があります。このようなシステムには、アマゾンの熱帯雨林、南極の氷床、グリーンランドの氷床 (GIS)、大西洋南北循環 (AMOC) が含まれます。地球システムのこれらの構成要素が実際に状態を急激に変化させることができるという証拠は、古気候の証拠と、将来の人為的強制力の下で遷移が起こり得るという理論的議論の両方から得られています (2)。これらのティッピング要素の遷移は、地域から地域規模まで、気候、生態系、社会に深刻な影響を及ぼすため、調査は最優先事項です。しかし、将来的に転換が起こる可能性や、転換が起こる可能性のある温暖化やその他の強制要因の程度は、依然として非常に不確実です (3、4)。これは、最近の観測記録にそのような急激な遷移が見られないことと、完全結合気候モデルを使用してそのような非線形システムをモデル化することが難しいことが一因です。これらのモデルは過度の安定性に偏っているという根強い懸念 (5) に加えて、これらのモデルは、特定の強制シナリオによる気候予測用に設計されており、時間の経過とともに個々のイベントを予測するようには設計されていません。 観測データに臨界遷移が存在しないにもかかわらず、歴史的観測は地球システム構成要素の安定性の変化について情報を提供するために依然として使用できます。強制力の変化によって多重安定システムが別の状態への遷移に近づくと、通常、臨界減速 (CSD) と呼ばれる状態が示され、摂動に対する応答が特徴的な方法で変化します。最も一般的に使用される CSD 指標は、時系列の分散と自己相関であり、システムの安定性が低下するにつれて増加します。 さらに一歩進んで、歴史的データの統計的変化を利用して、歴史的かつ潜在的に進行中の不安定化を示すだけでなく、将来を推測して転換点を予測することも当然のように思えるかもしれません。そのような予測が堅牢であれば有用であることは否定できませんが、歴史的データからのそのような推測には複数のレベルの不確実性が内在していることが問題です。この研究では、次の 3 種類の不確実性に焦点を当てています。 切り替え時間を予測する方法の基礎となるモデリングの仮定。 地球システムの、複雑で、大きく、空間的に広がっており、したがって高次元であると考えられる多安定構成要素の、例えば指紋の観点から見た、一般的に低次元の観測の代表性。 非定常観測範囲とギャップの埋め方に重点を置いた、観測データセットに対する不確実性と前処理の影響。 この論文では、著者らはまず、3 つの不確実性の原因を詳しく紹介し、一般的に、これらが地球システムのどの構成要素の転換時期を予測する上で大きな問題を引き起こすことを示しています。次に、さまざまな要因が AMOC の予測転換時期にどのように影響するかを示し、履歴データから転換時期を予測する際のさまざまな困難を詳細に説明し、説明されている不確実性が AMOC の転換時期を予測するには大きすぎることを示しています。この研究の定量的結果の一部は AMOC に固有のものですが、提案されている地球システムの転換要素の将来の転換時期を履歴データから推定する試みには、これらのタイプの不確実性が存在することも示しています。 #研究は地球システムの主要構成要素の転換点を予測することは不可能であることを明らかにした