CO2, the greenhouse effect and global warming: from the pioneering work of Arrhenius and Callendar to today's Earth System Models

21世紀中の気候温暖化は、1.最新の地球システムモデル(ESM)のアンサンブル平均の結果に基づいて、将来の温室効果ガス排出量に応じて1~3.7℃の温暖化が予測されています。 気候系の複雑さを考えると、これらの予測はどの程度信頼できるのだろうか? 気候研究の初期の歴史は、この問いに答えるために必要な理解と科学への洞察を与えてくれる。 我々は、Svante Arrhenius (1859-1927) とGuy Stewart Callendar (1898-1964) が開発した惑星のエネルギー収支の数学的定量化を調べ、後者の経験的近似式を構築し、20世紀の間に地球温暖化を遡及的に予測することに成功したことを示した。 この近似式を用いて、21世紀における大気中の温室効果ガスの増加に対する温暖化を計算し、ESMのアンサンブルによる結果(気候変動に関する政府間パネルによる最新の評価)の下限値の気温上昇を予測する。 この結果は、次のように解釈できる。 気候系は概念的には複雑だが、その中心には放射伝達の物理法則がある。 この基本的な、つまり「核」となる物理は、カレンドの計算に代表されるように、数学的に比較的簡単に計算でき、ベースライン温暖化の定量的で頑健な予測につながる。 ESMは物理的なコアだけでなく、気候フィードバックも含んでおり、その大きさについては予測に不確実性をもたらすが、符号については正(温暖化の増幅)ではない。 そのため、ESMによる世紀末の地球温暖化予測は、基本的に信頼できるものである。つまり、放射伝達のよく理解された物理学に基づいた定量的に確実なベースライン温暖化と、気候フィードバックによる余分の温暖化である。 これらの予測は、CO2や他の温室効果ガスの大気中への継続的な排出に対応して、地球気候が引き続き著しい温暖化を遂げるという説得力のある事例を提供している。

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