研究纠正了数十年海面温度测量值的数据

研究纠正了数十年海面温度测量值的数据

20世纪初，海洋发生了一些奇怪的事情。北大西洋和东北太平洋的温度似乎是全球平均水平的两倍，而西北太平洋在过去几十年里逐渐变冷。大气和海洋模型很难解释这些温度变化的差异，这导致了气候科学中的一个谜题:为什么在20世纪初海洋的温度和温度变化速度如此不同?

现在，哈佛大学(Harvard University)和英国国家海洋学中心(National Oceanography Centre)的研究指出了一个答案，这个答案既平凡得像小数点截断一样，也复杂得像全球政治一样。一部分是历史，一部分是气候科学，这项研究纠正了几十年的数据，并表明海洋变暖以一种更加均匀的方式发生。

几个世纪以来，人类一直在测量和记录海面温度。海洋表面的温度帮助水手们确认航线，确定方位，预测暴风雨天气。直到20世纪60年代，大多数的海洋表面温度测量都是通过把一个桶扔到海里，测量里面海水的温度来完成的。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和美国国家科学基金会的国家大气研究中心(NCAR)保存了一批可追溯到19世纪早期的海平面温度读数。该数据库包含了来自世界各地的渔业、商业、研究和海军船只的1.55亿次观测数据。这些观测对于理解海洋表面温度随时间的变化，无论是自然的还是人为的，都是至关重要的。

它们也是统计上的噩梦。例如，你如何比较1820年英国军舰与1920年日本渔船与1950年美国军舰的尺寸?您如何知道使用的桶是什么类型的，以及在采样时它们是被阳光加热了多少，还是被蒸发冷却了多少?例如，在典型的天气条件下，一个帆布桶放在甲板上3分钟可以比在相同条件下测量的木桶冷却0.5摄氏度。考虑到20世纪的全球变暖约为1摄氏度，不同测量方案的偏差需要仔细计算。

哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)地球与行星科学及环境科学与工程教授、论文资深作者彼得·休伯斯(Peter Huybers)说:“这个数据库中有千兆字节的数据，每一个数据都有一个离奇的故事。”“数据充满了独特性。”人们已经做了大量的研究来识别和调整这些特性。例如，2008年，研究人员发现，1945年海面温度上升0.3摄氏度，是由机舱进气口的测量结果造成的。然而，即使有了这些修正，数据也远非完美，海面温度仍有无法解释的变化。

在这项研究中，Huybers和他的同事提出了一种综合的方法来修正数据，使用一种新的统计技术来比较附近船只的测量数据。哈佛大学艺术与科学研究生院的研究生、这篇论文的第一作者Duo Chan说:“我们的研究方法是观察不同船只经过附近时，在300公里以内、相隔两天的时间内，海面温度测量值的差异。”“使用这种方法，我们在十字路口附近发现了1780万个，并在一些群体中发现了一些较大的偏见。”

研究人员将重点放在1908年至1941年的数据上，按船的原产国和“甲板”分类，“甲板”是一个术语，源于海洋观测是用穿孔卡片的甲板存储的。其中一个甲板包括罗伯特·法尔肯·斯科特(Robert Falcon Scott)和欧内斯特·沙克尔顿(Ernest Shackleton)的南极之旅。英国国家海洋学中心的合著者伊丽莎白•肯特说:“这些数据经历了从原始航海日志到现代档案的漫长旅程，人们做出了艰难的选择，以便将可用的信息装入穿孔卡片或数量可控的磁带卷中。”“我们现在有了方法和计算机能力来揭示这些选择是如何影响数据的，还能找出由于不同国家观测实践的差异而产生的偏差，让我们更接近真实的历史温度。”

研究人员发现了北太平洋和北大西洋变暖差异的两个关键原因。第一个原因与日本记录的变化有关。1932年以前，日本船只在北太平洋的海面温度记录大多来自渔船。这些数据分布在几个不同的甲板上，最初是用华氏度来记录的，然后转换成摄氏度，最后四舍五入到十分之一度。然而，在第二次世界大战之前，越来越多的日本读数来自海军舰艇。这些数据存储在另一个甲板上，当美国空军将收集的数据数字化时，他们截断了数据，砍掉了十分之一度的数字，并将信息记录在整个摄氏度中。

Huybers说，未被认识到的截断效应在很大程度上解释了先前对1935年至1941年间太平洋海面温度的估计中明显的快速降温。在校正了由截断引起的偏差后，太平洋的变暖更加均匀。虽然日本的数据掌握着20世纪初太平洋变暖的关键，但德国的数据在了解同一时期北大西洋海面温度方面发挥了最重要的作用。20世纪20年代末，德国船只开始在北大西洋提供大部分数据。这些测量数据大多收集在一个甲板上，与附近的测量数据相比，甲板上的温度要高得多。调整后，北大西洋的变暖变得更加缓慢。

通过这些调整，研究人员发现，整个北太平洋和北大西洋的变暖速度变得更加相似，而且变暖模式更接近温室气体浓度上升的预期。然而，差异仍然存在，在测量中发现的整体变暖速度仍然比模型模拟预测的要快。“剩余的不匹配突出了继续探索气候是如何受到辐射影响的重要性，气候的敏感性及其内在的可变性。与此同时，我们需要继续梳理数据——通过数据科学、历史调查和对问题的良好物理理解，我敢打赌，还会发现更多有趣的特征。”